Cinzia La Forgia
Un fotobioreattore innovativo per la produzione di microalghe e di biomassa utilizzabile come schermo statico per le superfici vetrate negli edifici.
Rel. Simonetta Pagliolico, Valerio Roberto Maria Lo Verso, Francesca Bosco. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile, 2015
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| Abstract: |
Il percorso di studio che verrà illustrato in questa Tesi Magistrale si innesta in un progetto di ricerca, SOS_Tebe: Scenedesmus Obliquus, a Sustainable TEchnology for Built Environment, ideato e sviluppato presso il Dipartimento DISAT del Politecnico di Torino, dal gruppo di ricerca costituito dalla Prof.ssa Simonetta Pagliolico (docente del corso di Sostenibilità di processi e prodotti nei materiali per l'architettura del Corso Di Laurea Magistrale In Architettura - Sostenibilità del Politecnico di Torino), dalla Prof.ssa Francesca Bosco (responsabile del Laboratorio di Biotecnologie del DISAT e docente del corso di Prodotti e processi biotecnologici/Processi speciali del Corso di Laurea in Ingegneria Chimica e dei Processi Sostenibili - del Politecnico di Torino), e dalla Dott.ssa Chiara Mollea (Laboratorio di Biotecnologie del DISAT), in collaborazione con il Prof. Valerio Lo Verso del Dipartimento di Energia (TEBE Research Group) (docente del corso di Building Physics del Corso di Laurea in Architettura/Architecture - del Politecnico di Torino). La necessità di maggior eco-compatibilità dei prodotti e dei processi in Architettura ha condotto allo sviluppo di componenti innovativi con ridotti consumi di energia e di materie prime e abbattimento delle emissioni di C02 nell’aria. E’ proprio da questa necessità che nasce il progetto SOS_Tebe, il cui obiettivo consiste nel progettare, sviluppare e realizzare sistemi di schermatura statica delle superfici vetrate basati su processi di crescita di microalghe all’interno di fotobioreattori. La bio-sottrazione di anidride carbonica dagli ambienti interni mediante microalghe è un metodo promettente sia per combattere il riscaldamento globale che per incrementare la qualità dell’aria interna (IAQ). Le microalghe sono inoltre una fonte importante di proteine, lipidi e carboidrati per l'industria alimentare, nutraceutica, farmaceutica e cosmetica. La crescita di microalghe è influenzata dalla disponibilità di anidride carbonica, dalla presenza di luce solare, dalla composizione del terreni di coltura e dal rapporto superficie/volume del fotobioreattore. Il progetto SOS_Tebe ha come obiettivo la produzione di biomassa, la bio-sottrazione di C02 e l'incremento dell'IAQ e delle prestazioni ottiche di semplici ed economici fotobioreattori per la crescita di microalghe, applicabili alla superficie interna della finestre come schermi statici (PBSRs). I PBSRs sono elementi trasparenti in grado di schermare la luce solare diretta attraverso un assorbimento selettivo della lunghezza d'onda del rosso nel campo del visibile e del vicino infrarosso. Le microalghe selezionate per questo lavoro sperimentale sono state studiate in un precedente lavoro di tesi magistrale (Biolatto N. B., Utilizzo di reflui liquidi e gassosi per la produzione di biomassa algale, 2013, Relatrice: F. Bosco), che si è svolto presso il Laboratorio di biotecnologie del Dip. DISAT del POLITO, nel corso del quale sono stati messi a punto i terreni di crescita delle microalghe e i sistemi di analisi e valutazione della cinetica di crescita della biomassa. Il lavoro sperimentale di tesi che verrà qui illustrato è stato svolto principalmente presso il laboratorio Biotecnologico del Dip. DISAT del POLITO ed è consistito: - nella progettazione e realizzazione di diversi prototipi di fotobioreattori (PBSRs) in scala 1:1 per ottimizzare il tasso di crescita delle microalghe e il comfort visivo interno di un ambiente tipo (stanza di riferimento) reale, - nell’applicazione dei PBSRs sulla superficie vetrata di una stanza di riferimento, come schermatura statica per la protezione dalla luce solare diretta, - nel monitoraggio delle condizioni di crescita delle microalghe in-situ mediante analisi spettrofotometrica e pesatura della massa secca prodotta, - nella valutazione della trasmittanza della radiazione solare del PBSRs mediante fotosensori collegati ad un datalogger. Le simulazioni illuminotecniche sono state condotte presso il gruppo TEBE del Dip. DENERG del POLITO e sono consistite: - nella valutazione, mediante software Radiance, delle condizioni di illuminazione dell’ambiente interno variando dimensioni, orientamento e superficie di area finestrata coperta, - nella stima della domanda di energia elettrica per l'illuminazione della stanza di riferimento, utilizzando il software Daysim. Nel Capitolo I vengono analizzati i fotobioreattori utilizzati in edilizia, ponendo in evidenza vantaggi e gli svantaggi delle diverse tecnologie. Nel Capitolo II sono descritte le microalghe, la loro struttura e i fattori che ne regolano la crescita. Nel Capitolo III vengono illustrati i materiali e i metodi sperimentali adottati nel corso del lavoro di tesi (tecniche di coltura, analisi di laboratorio, simulazioni illuminotecniche). Nel Capitolo IV vengono riassunti e discussi i risultati sperimentali. Nel Capitolo V vengono sintetizzate le considerazioni finali sui risultati ottenuti. Nel Capitolo VI sono illustrate alcune applicazioni del PBSRs (stanza tipo di riferimento al POLITO e futura applicazione degli schermi in una scuola materna). Nel Capitolo VII sono trattati gli sviluppi futuri del PBSRs.
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| Relatori: | Simonetta Pagliolico, Valerio Roberto Maria Lo Verso, Francesca Bosco |
| Tipo di pubblicazione: | A stampa |
| Soggetti: | S Scienze e Scienze Applicate > SJ Illuminotecnica T Tecnica e tecnologia delle costruzioni > TE Tecnologia dei materiali |
| Corso di laurea: | Corso di laurea magistrale in Architettura Per Il Progetto Sostenibile |
| Classe di laurea: | NON SPECIFICATO |
| Aziende collaboratrici: | NON SPECIFICATO |
| URI: | http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/4507 |
| Capitoli: | Introduzione 1 Fotobioreattori per l’edilizia 1.1 I fotobioreattori 1.2 Applicazione in edilizia 2 Le microalghe 2.1 Caratteristiche delle microalghe 2.2 Struttura cellulare 2.3 Fattori che regolano la crescita algale 2.3.1 La fotosintesi 2.3.2 Respirazione cellulare 2.3.3 Metabolismo algale 2.3.4 Crescita microalgale 2.4 Microrganismo selezionato 2.4.1 Scenedesmus obliquus 3 Materiali e metodi sperimentali 3.1 Coltura 3.1.1 Microrganismo 3.1.2 Terreno sintetico 3.1.3 Allestimento delle colture in beuta 3.1.4 Incubatore: Photosynthetic Light bank (Innova 43r / 44R) 3.1.5 Allestimento delle colture in sacchetti 3.1.6 Stanza 28, DISAT, Politecnico di Torino 3.2 Determinazioni analitiche 3.2.1 Misura della densità ottica 3.2.2 Misura del pH 3.2.3 Determinazione di carbonati e bicarbonati 3.2.4 Biomassa - Peso Secco 3.3 Analisi illuminotecniche 3.3.1 Data-logger 3.3.2 Misura della luminanza 3.3.3 Simulazioni illuminotecniche 3.4 Strumentazione utilizzata 4 Risultati sperimentali e discussione 4.1 Analisi sperimentali sulla crescita 4.1.1 Prova 1 crescita con Terreno PP 4.1.2 Prova 2 crescita con Terreno PP 4.1.3 Prova 3 crescita con Terreno PP modificato (50mM) 4.1.4 Confronto tra le fermentazioni prova 1, 2, 3 4.1.5 Prova 4 crescita con Terreno PP modificato (50mM) senza effetto dell’areazione 4.1.6 Prova 5 crescita con Terreno PP modificato (75mM) 4.1.7 Discussione delle prove 4.2 Analisi illuminotecnica 4.2.1 Discussione 5 Possibili applicazioni del sistema in architettura 5.1 Scuola Materna a basso consumo in legno sita nel Comune di Saint Marcel (AO) 5.2 Stanza 28, Politecnico di Torino 6 Conclusioni e sviluppi futuri Bibliografia e sitografia Ringraziamenti |
| Bibliografia: | AKANBI SAMSON 0. A., «Influenza dell’illuminazione sulla crescita di Nannochloropsis salina per la produzione di olio a scopo energetico», Università degli Studi di Padova, Padova, 2011 AMILCARELLI V., PAIANO A., LOBEFARO L., «Le microalghe nel settore dei biocombustibili. Sviluppo e sostenibilità», in "Studi&ricerche", Università degli Studi di Bari Aldo Moro, Dipartimento di Studi Aziendali e Giusprivatistici, I Facoltà di Economia, Bari, 2012 Autori vari, «Biofissazione di C02 fossile mediante microalghe per l'abbattimento dei gas serra», in Enciclopedia degli Idrocarburi, Volume Ili/Nuovi Sviluppi: Energia, Trasporti, Treccani, Pp 837-861 BARBATO F., SIMBOLOTTI G.,«Tecniche di coltura di microalghe», ENEA/TB04, ENEA.web, Technology briefs, 2009 BARBATO F„ CAMPIOTTI C.A., GIAGNOCAVO G„ PIGNATELLI V., TUMMINELLO D„ VIOLA C„ DIORATO E.S., «Sfruttamento delle microalghe: tra realtà e prospettive» in “Rivista Green n.26’, The green 2.0 electronic press, 2012, Pp 19-28 BARBERO G., BERTO R., FREIRE D.D., FERRANDO M., CAMINO E., «Unveiling biophilia in children using active silence training: an experimental approach», in “Vision forSustainability”, 1: 31 -38, 2014 BIOLATTO N.B, «Utilizzo di reflui liquidi e gassosi per la produzione di biomassa algale», Tesi di Laurea Magistrale in Ingegneria Chimica e dei Processi Sostenibili, Politecnico di Torino, Torino, 2013 BUCCI S., «Il paesaggio sensibile di alghe e tecnologia», Corriere della Sera, Milano,2014 CAIAZZO M., «Studio delle caratteristiche di crescita di microalghe in impianti indoor ed outdoor per la produzione di biomassa algale pregiata.», Tesi di Dottorato in Ricerca in Acquacoltura, Indirizzo in Produzioni Marine eisi delle tecnologie di processo e degistrale inHa di), «Microalgal Reactors: A Review of Enclose(PoY T.D., «OBBELAAR J.U., KURANO H.,«Use of photac“Jool.15, 2003, Pp. 121-126 LABRUZZO P., «InfluaglheAmbientali, Università Ca'Foscari di Venione dei parametri fisiologici di microalghe utilirea in iche Fisiche e Naturali di Bologna, Bersezioni, Organo di Informazione e Cultura professionale dell’Odi Milano", Milano, 2013 LONZAR F., «Biocombustibili da Microalghe. Studio analitico dei processi di estrazione e pirolisi.», Tesi di Laura Specialistica in Scienze per l’Ambiente e il Territorio, Università degli Studi di Bologna, Bologna, 2010-2011 LO VERSO VALERIO M.R, FREGONARA E„ CAFFARO F„ MORISANO C„ PEIRETTI G.ty, «Daylightin as the Driving Force of the Design Process: from the Results of a Survey to the Implementation into an Advanced Daylightin Project», in "Journal of Daylightin”, 2014, Pp 36-55 LUPONE N., «Carlo Ratti progetta il supermercato del future» in "Abitare-Speciale Expo”, Milano,2015 MAZZITELLI A., «Produzione di energia ed elettricità da alghe», Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria Chimica, Politecnico di Milano, Milano, 2010 MEINI L., «Scenario globale delle fonti di energia, rinnovabili e non: prospettive della biomassa aigaie», Tesi di Laurea Specialistica in Ingegneria Gestionale, Alma Mater Studiorum Università di Bologna, Bologna, 2010-2011 MATCHAR E., «Will buildings of the future be clototropic microorganism», in "Appi. MicrR., «CO2 bioremediation by microalgae in photobioreactsesimbiotico», in "ExpoMagazine”, Mils, opportunities and challenges», in "Applied Energy”, Elsevier Ed., 201LITTERWERK & ARUP, SCHOLZ 0. (a cura di), «The Algae House: about the First Building with a Bioreactor Façade», Edizioni Hemmrich, Amburgo, 2015 TORTELLO L., (a cura di), « Quando l’architettura “si mangia” l’inquinamento», LaStampa, 2014 TREDICI M.R, «Colture massive di microalghe: calamità o risorsa?», Università degli Studi di Firenze, Firenze, 2007 VALSECCHI M., «Expo SITOGRAFIA http://www.incaweb.org/green/n0026/pdf/alta/Green26-Barbato%20et%20al%20(300dpi)%20.pdf http://old.enea.it/produzione_scientifica/pdf_brief/Barbato_Microalghe.pdf http://dev.stelr.org.au/biodiesel-case-study/ http://www.et.byu.edu/~wanderto/homealgaeproject/Photobioreactor.html http://www.et.byu.edu/~wanderto/homealgaeproject/Photobioreactorhtml. http://wongawetlands.nsw.gov.au/news/2007442352.html http://amslaurea.unibo.it/2983/1/Larivera_Giuseppina_Tesi.pdf http://www.acquacolturajonica.it/fotobioreattore.html http://www.rinnovabili.it/greenbuilding/bioenergia-micro-alghe-iba-biq-amburgo-arup-565/ http://cesaregriffa.com/waterlilly/ http://atelierprojet.com |
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