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Tecniche per l’implementazione dell’economia circolare
David BolzonellaDipartimento di Biotecnologie
Università degli Studi di Verona
25 marzo 2019 polo Veronetta10 aprile 2019 polo Borgo Roma
Vivere, lavorare e produrre sostenibilmente
1Vivere, lavorare, produrre sostenibilmente
Vivere, lavorare, produrre sostenibilmente 2
Governare la transizione da un modello economico basato sulle fonti fossili ad un modello bio-economico dove il carbonio proviene da biomasse ed è convertito in bio-prodotti e bio-
combustibili attraverso processi biologici
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Il XX secolo è stata l’epoca del «cheap oil»
3Vivere, lavorare, produrre sostenibilmente
1973: Kippur1978-9: caduta Persia
Conflitti USA in Kuwait, IRAQ, Afghanistan
Il XX secolo è stata l’epoca del «cheap oil»
Per oltre 70 anni < 20 USD al barile ! (prezzo attualizzato 2005)
4Vivere, lavorare, produrre sostenibilmente
1973: Kippur1978-9: caduta Persia
Conflitti USA in Kuwait, IRAQ, Afghanistan
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Vivere, lavorare, produrre sostenibilmente 5
Questo ha consentito di accedere ad energia e materiali su larga scala e a basso costo ….
Oltre 1.2 miliardi di veicoli circolanti nel mondo
4,3 miliardi di viaggiatori nel 2018
Canale di Suez 2018:18.000 navi (+3,6% sul 2017)
983 milioni di tonnellate (+8,2% sul 2017 (circa 4 volte i dati del Canale di Panama)
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Questo ha consentito di accedere ad energia e materiali su larga scala e a basso costo ….
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Questo ha consentito di accedere ad energia e materiali su larga scala e a basso costo ….
Il più «rivoluzionario» dei prodotti, la plastica
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Vivere, lavorare, produrre sostenibilmente 9
Un cambio culturale nell’Italia in piena crescita economica (anni ‘60 e ‘70)
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Giulio Natta, Premio Nobel per la Chimica nel 1963 per il processo di polimerizzazione del propilene isotattico (assieme a Karl Ziegler)
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A plastic stretegy for Europe (EU, 2018)
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Il doppio problema
1) La gestione dei materiali plastici a «fine vita»
2) Le emissioni di CO2 in fase produttiva
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Verona 09 novembre 2018 13
E a fine vita ?!
Lo scenario europeo
14Verona 09 novembre 2018
La plastica «persa» si accumula nell’ambiente ….
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I contitnenti di plastica negli oceani (garbage patch) …
15Verona 09 novembre 2018
16Verona 09 novembre 2018
I contitnenti di plastica negli oceani (garbage patch) …
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Ed è solo quella che vediamo ….. (iceberg effect)
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«Kanagawa oki nami ura» … after Hokusai ….
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Un quadro in complessivo peggioramento
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Il trend globale al 2050
Verona 09 novembre 2018 22
La svolta Europea
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Il problema delle microplastiche …… (residui con pezzatura < 5 mm)
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Campioni di acque potabili positivi all’analisi sulla presenza di microplastiche
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La plastica ha un secondo problema ………… le emissioni di CO2
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………… e con un fastidioso residuo gassoso …………. la CO2
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…… non solo CO2: GWP a 20 anni CH4 = 42 – 70 x CO2
GWP a 20 anni N2O = 280 x CO2
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…. e conseguenze preoccupanti ….
Source: swissinfo
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Approfondimento: effetto serra, questo sconosciuto !
PRINCIPLE OF THE GREENHOUSE EFFECT
The greenhouse effect is a natural and vital phenomenon, without which the temperature on the surface of the ground would be of approximately -18°C instead of approximately +15°C.
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Necessità di un nuovo paradigma: the EU circular economy package (dicembre 2015)
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Il mercato della plastica: attuale paradigma
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Il mercato della plastica: nuovo paradigma
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Evitare packaging inutile ……….
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Eco-design: progettare oggetti che «dalla nascita» siano facilmente riciclabili
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…. ma ………. difficoltà di switching ……
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Introdurre nel mercato plastiche biocompostabili in
ambiente industriale e biodegradabili in ambiente naturale
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Bioeconomy & Circular Economy
Bioeconomy is «the knowledge-based production and utilization of biologicalresources, innovative biological processes, and principles to sustainably provide goodsand services across all economic sectors»
Attenzione che così «bio» ha doppia valenza: può essere l’uso di «biologicalresources» oppure il ricorso a «biological processes» (o entrambe le cose) per ottenre beni o servizi
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Il ruolo della bioeconomy nella circular economy ….
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Il ruolo della bioeconomy nella circular economy …. Biomassa primaria e secondaria ….
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Carbonio «primario»: biomassa e iLUC (indirect land use change) …..
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Carbonio primario: alghe e microalghe
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Carbonio «secondario»
La raccolta differenziata dei Rifiuti Solidi Urbani (RSU)
come pre-requisito dell’economia circolare
Superquark 48
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Anche perché lo smaltimento massivo di scarti alimentari è fonte di emissioni di CO2 ….
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Implementazione di una «forte» raccolta differenziata del rifiuto organico domestico
(vedi nuova Direttiva Rifiuti EU/185/2018)
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Disposal routes for Municipal Waste in Europe
Italy: little incinerition, some recycling, large landfills …. but, looking at Regional level …
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Attuale 65% figlio di una lunga storia di miglioramento ………… e di differenti strategie di raccolta ………….
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Composizione media RSU (Regione Piemonte)
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… e di strategie di gestione della raccolta ……
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Cassonetti per raccolta stradale
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Raccolta «porta a porta»
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Raccolta Differenziata
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Recupero:
Non solo raccolta differenziata, ma anche effettivo recupero e riutilizzo !
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Recupero carta-cartone 58 kg per persona per anno
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Recupero vetro 39 kg per persona per anno
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Recupero plastica 20 kg per persona per anno
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Il destino della frazione organica: biogas e compost
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Compost di qualità
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Biogas a energia elettrica e calore (combustione in cogeneratore) oppure upgrade a biometano e successivo utilizzo …..
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74Vivere, lavorare, produrre sostenibilmente
Impianti di trattamento FORSU nella Regione Veneto
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Incremento nella produzione di biogas da digestione e co-digestione
Oggi 100% a co-generazione, domani ?? Tutto biometano ??
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Nuovo paradigma a priorità di valore: prima i biobased products, poi bio-energy e biofuels
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78Vivere, lavorare, produrre sostenibilmente
Nuovo paradigma a priorità di valore: prima i biobased products, poi bio-energy e biofuels
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Progetti europei in corso relativi al recupero di risorse
Ed inoltre: Eranet Med BIOGASMENA, BBI Glopack, BBI After Life ……..
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Rifiuto Organico
Fermentazione
Acidi grassi volatili (VFA)
Selezione biomassa
Accumulo PHA
PHA a bioplastiche
Estrazione PHA
scarti a biogas
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Rifiuto Organico
Fermentazione
Acidi grassi volatili (VFA)
Selezione biomassa
Accumulo PHA
PHA a bioplastiche
Estrazione PHA
scarti a biogas
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The lab-scale configuration
Cellulosic material
STAGE 1 ACIDOGENIC FERMENTATION
Selected biomassPHA recovery
50% VFAs
STAGE 4ACCUMULATION
Solid to biogas
Effluent
50% VFAs
STAGE 3SELECTION UNDER AEROBIC
FEAST & FAMINE
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Polyhydroxyalkanoates, PHAs
Industrial Fermentation
Bio-implants
Biofuels
Drugs and Fine chemicals
Bioplastic Material
PHAs granules
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• PHAs accumulation
• The aerobic condition determined the continue oxidation of the external carbon source ;
Accumulation and PHAs Extraction
• After the accumulation batch test the samples were freeze dried and the PHAs
were extracted by the use of sodium hypochlorite 5% v/v and then filtered;
• The total PHAs amount was then determined through gravimetric method;
• The PHAs extracted appeared as white flocks when precipitated into a methanol solution.
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PHA estratti da colture microbiche miste
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Pilot plant platform for PHA production in Treviso
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Nitritation SBR
PHA accumulation
Crystallizer
Biomass selection SBR
Equalization tank
Ceramic membrane
Rimozione dell’azoto, produzione di PHA (bioplastica), recupero del fosforo …
Verona 09 novembre 2018 90
https://www.youtube.com/watch?v=ruwJoQYrLnM
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Il recupero di nutrienti da scarti agro-alimentari, rifiuti, acque reflue e fanghi di depurazione
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Abbiamo bisogno di nutrienti !
9 billion people
Foto Campi …….
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Abbiamo bisogno di nutrienti !
9 billion people
Foto Campi …….
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Abbiamo bisogno di nutrienti !
9 billion people
Foto Campi …….
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Proiezioni dei consumi di fertilizzanti a livello globale (European Environment Agency)
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Questa necessità si scontra però con la realtà delle risorse disponibili ….
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Produttori molto circoscritti …..
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Conseguente volatilità dei prezzi sui mercati delle Commodity ………
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Cristallizzazione struvite (ammonifosfato)
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Problema: rispetto della normativa vigente da parte dei «nuovi» materiali !
Definizione di nuovi «end of waste criteria»
102Vivere, lavorare, produrre sostenibilmente
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Vivere, lavorare, produrre sostenibilmente 104
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