Chimica ambientale e sostenibilità

georeferenziazione della concentrazione di energia e materia usate sul territorio

L’attività di ricerca del Gruppo di Ecodinamica (www.ecodynamics.unisi.it) si sviluppa nei settori disciplinari della chimica fisica, della chimica dell’ambiente e dei beni culturali con l’obiettivo di definire, su basi scientifiche, criteri generali per uno sviluppo sostenibile e duraturo e di adottare sempre più accurati strumenti di conoscenza dei processi e dei sistemi fisici reali. Questa ricerca opera su due livelli:


  • Formalizzazione delle basi epistemologiche dello sviluppo sostenibile: osservazioni empiriche, nel campo delle reazioni chimiche oscillanti e dei sistemi complessi, permettono di individuare comportamenti generali di sistemi aperti, strutture dissipative e sistemi viventi. Lo scopo è quello di approfondire la nostra conoscenza dei sistemi naturali e antropici e di indagare la formazione di processi interni di autoorganizzazione in base alle relazioni tra elementi costitutivi e agli scambi con l’ambiente esterno.

  • Elaborazione della modellistica ambientale applicata ai sistemi fisici reali: tecniche per lo studio e la rappresentazione dei sistemi attraverso schemi di relazioni (energy systems theory) e metodologie di monitoraggio e contabilità ambientale sono utilizzate per il calcolo di indicatori e per l’elaborazione di informazioni sintetiche con applicazioni a processi di trasformazione, ecosistemi, sistemi territoriali ed economici, sistemi urbani e beni culturali.
Collaborazioni
  • University of Copenhagen, Danimarca. Department of Pharmaceutics and Analytical Chemistry, Prof. Sven E. Jørgensen.
  • University of Coimbra, Portugal. IMAR Institute of Marine Research, Prof. Joao Marques.
  • University of Kiel, Germany. Department of Pharmacy, Prof. Felix Muller.
  • Dublin Institute of Thechnology, Ireland. Energy Laboratory, Prof. Aidan Duffy.
  • Environmental Protection Agency, Narraganset (RI) U.S.A. Atlantic Ecology Division, Prof. Daniel Campbell.
  • Global Footprint Network, Aokland (CA) U.S.A. Mathis Wackernagel Ph.D.
  • MIT Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (MA) U.S.A. SENSEable City Lab, Prof. Carlo Ratti.
  • Ohio State University, Columbus (OH) U.S.A. Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Prof. Bhavik Bakshi.
  • Università di Genova, Dipartimento per lo Studio del Territorio e sue Risorse, Prof. Mauro Fabiano.
  • Università di Milano-Bicocca, Dipartimento di Scienze dell'Ambiente e del Territorio, Prof. Demetrio Pitea.
  • Università la Sapienza di Roma, Dipartimento di Energetica, Prof. Enrico Sciubba.
  • Università di Venezia, Dipartimento di Chimica Fisica, Prof. Roberto Pastres.
  • IRES Istituto di Ricerche Economiche e Sociali, Piemonte, Dr F. Ferlaino, Dr M. Bagliani.
  • CIRPS Centro Interuniversitario di Ricerca sullo Sviluppo Sostenibile. Università La Sapienza, Roma. Dr.ssa Francesca Farioli
Progetti recenti
  • GREENED (Giardini Rampanti per l'Efficienza Energetica degli Edifici)
Partners: Dipartimento Urbanistica e Pianificazione del Territorio Università di Firenze
Metodi: LCA, Emergy Evaluation, Air Quality
Periodo: 2011-2013
Note: selezionato nell'ambito del bando 2009 per il sostegno a progetti di ricerca in materia di scienze socioeconomiche e umane, P.A.R.FAS REGIONE TOSCANA linea di azione 1.1.a.3. Istituzione: Regione Toscana
  • SICAMOR (Sviluppo di Indagini Chimiche Applicate al Mantenimento delle Opere e al Restauro)
Partners: Dipartimento di Scienze della Terra-Università di Siena, Dipartimento di Chimica "Ugo Schiff"-Università di Firenze,
Metodo: ToF-SIMS, NMR unidirezionale, SEM-EDS, XRF,XRD,DTA-TGA, micro-Raman, FT-IR
Periodo: 2011-2013
Note: selezionato nell'ambito del bando 2009 per il sostegno a progetti di ricerca in materia di scienze socioeconomiche e umane, P.A.R.FAS REGIONE TOSCANA linea di azione 1.1.a.3. Istituzione: Regione Toscana
  • SUMFLOWER (Gestione sostenibile della Floricoltura nella Riviera di Ponente), Partners: Università di Genova
Metodo/Methods: LCA, Water Footprint,
Periodo:2010-2011,
Note: Il progetto LIFE+ 09ENVI/IT/067 “SUMFLOWER” rientra nei progetti LIFE+ Amministrazione e Politica Ambientale (LIFE+ Environment Policy and Governance). Istituzione: Regione Toscana
  • BALLO (Biocombustibili da Alghe nella Laguna di Lesina e Orbetello), Metodo: LCA 
Periodo/Period:2010-2011 . Istituzione: MIPAAF Ministero per le Politiche Agricole, Alimentari e Forestali.
 

  • MoTo - Mobilità Toscana: monitoraggio delle dinamiche urbane nell’area metropolitana della Toscana Centrale.
Metodo: Tecnica basata su tecnologie di telecomunicazione mobile. 
Periodo: 2009-2010. Istituzione: Regione Toscana. 
Note: selezionato nell’ambito del bando ricerca e innovazione in campo territoriale e ambientale della Direzione Generale delle Politiche Territoriali Ambientali della Regione Toscana
  • REGES: Progetto per la verifica e certificazione della Riduzione delle Emissioni di Gas a Effetto Serra nel territorio della Provincia di Siena.
Metodo: Greenhouse Gas Inventory, ISO 14064 certification. 
Periodo: 2007–2010. Istituzione: Provincia di Siena.
Tecniche e metodologie

L’attività del Gruppo di Ecodinamica include la sperimentazione di metodologie per la valutazione di sostenibilità ambientale e l’elaborazione di indicatori sintetici su base termodinamica. Competenze specifiche nell’ambito delle tecniche di contabilità ambientale e per il monitoraggio delle dinamiche sociali sono integrative delle procedure di certificazioni ambientale, serie ISO 14000 ed Emas.  Le metodologie d’indagine sviluppate dai ricercatori del gruppo di ecodinamica sono:

  • GhG - inventario dei gas serra e certificazione di emissione ISO 14064: metodo di contabilità delle emissioni di gas ad effetto serra rilevate in un territorio per vari settori di attività e rilievo della capacità di assorbimento da parte degli ecosistemi locali. La metodologia è associata alle procedure di certificazione dello stato delle emissioni di gas serra secondo lo standard ISO 14064.
  • EE – valutazione eMergetica: metodo di contabilità ambientale su base termodinamica (ideato da H.T. Odum dell’Università della Florida). Misura l’intensità d’uso delle risorse ambientali da parte di una popolazione relativamente alle caratteristiche specifiche del modello insediativo presente sul territorio (popolazione, dimensione, attività, consumi, produzione, uso del suolo).
  • EF – impronta ecologica: metodo di contabilità (ideato da W.E. Rees e M. Wackernagel – Ecological Footprint Network, Oackland, CA) che esprime la pressione antropica di una popolazione su un territorio in termini di quantità di superficie biologicamente produttiva necessaria a rigenerare tutte le risorse consumate e ad assorbire le emissioni; l’insieme delle superfici di ecosistemi acquatici e terrestri rilevato in un territorio è detto Biocapacità. Il confronto tra Impronta Ecologica e Biocapacità permette di calcolare il deficit o il surplus ecologico di una regione. Lo studio di specifici settori di attività o processi di trasformazione include le attività turistiche, agroforestali, di gestione delle risorse idriche e dei rifiuti e le attività manifatturiere. L’Ecological Footprint Forum ha avuto sede a Siena nel 2006 (Siena e Colle di Val d’Elsa, 14-17 giugno) e nel 2010 (Siena e Colle di Val d’Elsa, 7-11 giugno).
  • ISEW – Index of Sustainable Economic Welfare - indice di benessere economico sostenibile: metodo di contabilità economico-ambientale che misura la ricchezza in ambito locale in maniera complementare al PIL ed ai tradizionali sistemi di contabilità economica, stimando elementi economici, sociali ed ambientali e la loro incidenza, a partire dal consumo privato, sulle condizioni di benessere dei cittadini. Il calcolo di questo indice a livello regionale è una peculiarità del Gruppo di Ecodinamica.
  • LCA – analisi del ciclo di vita (Life Cycle Assessment): metodo analitico di valutazione dei potenziali impatti ambientali (es. riscaldamento globale, acidificazione, eutrofizzazione etc.) associati ad un processo produttivo (industriale, artigianale, agroalimentare etc.). Permette di delineare un profilo ambientale di un bene prodotto attraverso una serie di processi di trasformazione attraverso la stima dei potenziali effetti ambientali dovuti alle emissioni (solide, liquide e/o gassose) attribuite ai vari processi durante tutta la filiera produttiva “dalla culla alla tomba”, ovvero dal prelievo di materie prime alla dismissione del prodotto. 

  • ESV – Valutazione dei Servizi degli Ecosistemi – I beni (come la fornitura di cibo e materiali) e i servizi (come l'assimilazione dei rifiuti o la regolazione del clima) degli ecosistemi rappresentano i benefici che l'uomo trae, direttamente o indirettamente, dalle funzioni ecosistemiche, il cui valore può essere calcolato per mezzo di strumenti economico-ambientali. Il valore dei servizi degli ecosistemi può essere usato per valutare la reale importanza dell'ambiente per l'attività umana. Il Gruppo di Ecodinamica è membro dell'Ecosystem Services Partnership.
  • BZ – reazioni chimiche oscillanti: sviluppo di reattori biomimetici (bistrati lipidici, micelle, etc.) accoppiati con reazioni BZ per la raccolta di informazioni utili a capire lo sviluppo delle prime forme cellulari. Le reazioni chimiche oscillanti di tipo “Belousov-Zhabotinsky” (BZ), sono dei modelli di laboratorio in grado di riprodurre in ambiente controllato complessi fenomeni biologici, quali cicli enzimatici e metabolici, morfogenesi, somitogenesi, etc.
  • BTL – Biomass to Liquid - analisi di fattibilità per l’utilizzo di biomasse: ampia gamma di analisi chimico-fisico applicate a biomasse residue (agro-forestali, rifiuti organici, alghe) per stimare la resa potenziale della produzione di biocombustibili liquidi (bioetanolo, biodiesel).
Pubblicazioni recenti o di rilievo
  1. Pulselli F.M., Bastianoni S., Marchettini N., Tiezzi E.: “La soglia della sostenibilità - Nuova edizione ampliata”. Donzelli Editore, Roma, pp.272. Vol. 81, 2011. - F.M. Pulselli, S. Bastianoni, N. Marchettini, E. Tiezzi: “The road to sustainability” WIT Press, Southampton, pp. 197; 2008.
  2. Pulselli R.M., Tiezzi E.: “Città Fuori dal Caos. La sostenibilità dei sistemi urbani”. Donzelli, Roma, pp. 161, 2008. ISBN 978-88-6036-258-2 – Pulselli R.M., Tiezzi E.: “City Out of Chaos: Self Organization and Sustainability”. The Sustainable World, 19, Wit Press, Southampton (UK), pp. 120, 2008. ISBN 978-1-84564-133-7
  3. Coscieme L., Pulselli F.M., Jørgensen S.E., Bastianoni S., Marchettini N.: “Thermodynamics-based categorization of ecosystems in a socio-ecological context”. Ecological Modelling, 258, 1-8; 2013.
  4. Niccolucci V., Bastianoni S., Tiezzi E.B.P., Wackernagel M. and Marchettini N., 2009. How deep is the Footprint? A 3D representation. Ecological Modelling 220, 2819-2823
  5. Bastianoni S., Pulselli F.M., Tiezzi, E. “The Problem of Assigning Responsibility for Greenhouse Gas Emissions”. Ecological Economics, 49 (3), 2004, 253-257.
  6. Niccolucci V., Pulselli F.M., Tiezzi, E. “Strengthening the Threshold Hypothesis: economic and biophysical limits to growth”. Ecological Economics, Vol. 60 (4), 2007, 667-672.
  7. Pulselli R.M., Simoncini E., Pulselli F.M., Bastianoni, S. “Emergy analysis of building manufacturing, maintenance and use: em-building indices to evaluate housing sustainability”. Energy and Buildings, Vol. 39 (5), 2007, 620-628.
  8. Bastianoni S., Campbell D.E., Ridolfi R., Pulselli F.M. “The solar transformity of petroleum fuels”. Ecological Modelling, Vol. 220 (1), 2009, 40-50.
  9. Journal of Environmental Management, Vol. 86 (2), 2008, 329-426.
  10. Bastianoni S., Morandi F., Flaminio T., Pulselli R.M., Tiezzi E.B.P.: “Emergy and emergy algebra explained by means of ingenuous set theory”, Ecological Modelling, 222 (16), 2903-2907;  2011.
  11. Ulgiati S., Odum H.T.  and Bastianoni S.: “EMergy Use, Environmental Loading and Sustainability. An EMergy Analysis of Italy.” Ecological Modelling, 73, 215-268; Elsevier, 1994.
  12. Marchettini N., Focardi S., Guarnieri M., Guerranti C., Perra G.: “Determination of acrylamide in local and commercial cultivar of potatoes from biological farm”. Food Chemistry, 136 (3-4), 1426 – 1428.
  13. Atrei A., Benetti F., Bracci S., Magrini D., Marchettini N.: “An integrated approach to the study of a reworked painting “Madonna with child” attributed to Pietro Lorenzetti”. Journal of Cultural Heritage, in press, 2013, http://dx.doi.org/10.1016/j.culher.2013.01.009.
  • Prof. Andrea Atrei,
  • Dr.ssa Valentina Niccolucci
  • Dr. Riccardo M. Pulselli
  • Dr.ssa Silvia Focardi
  • Dr.ssa Francesca Benetti
  • Dr.ssa Nicoletta Patrizi
  • Dr. Guido Perra
  • Dr.ssa Cristiana Guerranti
  • Dr.ssa Michela Marchi
  • Dr.ssa Fabiana Morandi
  • Dr.ssa Elena Neri
  • Dr. Dario Caro
  • Dr. Luca Coscieme
  • Dr. Fabrizio Saladini
  • Donatella Valacchi
Ecodynamics Group web site