Smart City

Vi portiamo a Netzero Milano, manifestazione che dal 20 al 22 Ottobre ha visto incontrarsi e discutere numerosi protagonisti della transizione energetica dei relativi sviluppi tecnologici e scenari di mercato. La manifestazione ha dedicato molto spazio al mondo delle batterie, che è un asset strategico per il fatto che permette di indirizzare il principale problema tecnico che implica passare dai fossili alle rinnovabili, ovvero gestirne la discontinuità e la non programmabilità. Mentre il problema del costo delle rinnovabili è superato (oggi sono largamente più economiche dei fossili e non hanno bisogno di alcun incentivo), lo stoccaggio dell’energia sta ancora mettendo a punto i modelli di business definitivi. Ne parliamo con Matteo Coriglioni, Head of Italy di Aurora Energy Research, una società di analisi economica dei mercati energetico.

Accanto allo sviluppo di nuovi principi attivi, la ricerca farmaceutica si concentra oggi su una sfida cruciale: la targeted drug delivery, ovvero la creazione di strategie di rilascio dei farmaci sempre più mirate. L’obiettivo è far giungere la molecola terapeutica esclusivamente agli organi, ai tessuti o alle singole cellule bersaglio, riducendo al minimo l’esposizione del resto dell’organismo e, di conseguenza, gli effetti collaterali. In questo scenario si inserisce RELIEF, un progetto d’avanguardia finanziato con un ERC Starting Grant da 1,5 milioni di euro. Il suo scopo è rendere i farmaci “intelligenti”, controllandone con precisione millimetrica il punto di fusione per un rilascio mirato. Ne parliamo con Serena Bertoni, ricercatrice del Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie dell’Alma Mater Studiorum - Università di Bologna e ideatrice del progetto RELIEF.

Il cervello non è protetto solo fisicamente da una robusta scatola cranica, ma anche chimicamente dalla cosiddetta barriera emato-encefalica, una sorta di filtro chimico intelligente che fa passare solo quello che conosce o che è abbastanza bravo da ingannarla. Ma un ricerca pubblicata su Advanced Healthcare Materials ha dimostrato che è possibile, per ingannare le difese chimiche del cervello, usare dei batteriologi, cioè dei virus non patogeni (attaccano solo i batteri) già diffusi in modo ubiquitario nel nostro organismo e già oggi usati (seppure non esattamente gli stessi) in alcune terapie antibiotiche dove quelle tradizionali non funzionano più. Opportunamente ingegnerizzati e caricati con i farmaci giusti, questi virus possono infatti agire da cavalli di troia portando il loro carico terapeutico esattamente là dove serve. Prof. Alberto Danielli, responsabile del laboratorio di Biotecnologie Molecolari del Dipartimento di Farmacia e Biotecnologie dell’Università di Bologna.

C’è a chi l’idea piace e chi urla allo scandalo. Resta che la crisi idrica del Lago Trasimeno è feroce. Siamo a 2 metri sotto il livello idrometrico in un lago con una profondità media di poco più di 4 e la proposta di intervenire con impianti fotovoltaici galleggianti per ridurre l’evaporazione, che è una delle cause principali della crisi, avrebbe un’indubbia efficacia: nel caso del Trasimeno si parla di almeno 2 metri cubi d’acqua risparmiati per ogni metro quadro di pannelli, su questo la letteratura scientifica è chiara. Non una soluzione di tutti i problemi, ma una opportunità per ridurre la crisi del più grande lago del Centro Italia producendo energia rinnovabile (tra l’altro il FV galleggiante è più efficiente di quello sulla terraferma), rilanciando la pesca e aprendo anche alcuni inediti scenari turistici, grazie alla possibilità di inserire “paesaggisticamente” gli impianti galleggianti, come si è fatto nel bacino della diga di Hapcheon in Corea del Sud, coi suoi campi fotovoltaici galleggianti a forma a fior di prugno. Ospite Fabio Roggiolani, cofondatore di Ecofuturo e promotore dell’iniziativa.

Se è vero che il fotovoltaico richiede superfici estese, ponendo sfide legate al consumo di suolo e alla tutela del paesaggio, è pur vero che il mare e i bacini di acqua dolce rappresentano un territorio pressoché inesplorato dal punto di vista energetico, dove impianti fotovoltaici a pelo d’acqua possono trovare sia spazio che condizioni favorevoli, grazie alla capacità dell’acqua di mitigare i picchi di temperatura che causano perdite di efficienza ai pannelli, i quali a loro volta riducono l’evaporazione. Una recente pubblicazione scientifica ha riportato dati sorprendenti relativamente a un grande impianto fotovoltaico flottante situato a Taiwan, in una baia protetta con acque molto basse, che avrebbe prodotto il 12% più energia di un analogo campo fotovoltaico posto posto su terra ferma nelle immediate vicinanze. Numeri più alti di quelli normalmente presenti in letteratura e che tuttavia suggeriscono l’esistenza di nicchie particolarmente favorevoli a questa tecnologia. Giuseppe Marco Tina, Professore di Sitemi elettrici per l’energia dell’Università di Catania al Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Elettronica e Informatica.

Dove può propagarsi più rapidamente un incendio? Quali territori sono maggiormente esposti? Dove intervenire con diradamenti per ridurre il rischio? Se il numero di incendi è diminuito rispetto ai picchi degli anni ’80, è grazie a una maggiore prevenzione. Negli ultimi 10 anni si è registrato un notevole incremento degli ettari bruciati e dei “super-incendi”, alimentati dalle ondate di calore e dalla siccità accentuati dal cambiamento climatico. Anche la geografia degli incendi è in evoluzione, perciò lo storico degli incendi non è più sufficiente a programmare le attività di prevenzione. Da qui il progetto FIRE-BOX, coordinato dall’Università Statale di Milano, che ha prodotto un database nazionale degli incendi, una mappa nazionale dettagliata dei combustibili, e un tool che permette costruire simulazioni di incendi e di propagazione del fuoco, già applicato a 6 parchi nazionali e ora a disposizione di tutte le PA. Ne parliamo con Giorgio Vacchiano, docente di Gestione e pianificazione forestale al dipartimento di Scienze Agrarie e Ambientali dell’Università degli Studi di Milano e coordinatore del progetto.

Immaginate di poter rendere il legno temporaneamente flessibile e modellabile, come accade coi metalli e con le plastiche. Oggi è qualcosa che richiede processi altamente energivori basati su una lenta “cottura a vapore” che ammorbidisce la lignina. Almeno finora, perché l’IIT ha sviluppato e descritto in un articolo su Nature un processo per modellare il legno completamente nuovo e nettamente più sostenibile. Alla base del nuovo processo c’è il Cyrene™, un solvente green di nuova concezione, derivato dalla stessa cellulosa presente nelle piante, che diluito opportunamente si è dimostrato capace di ammorbidire anche la componente più tenace del legno: i cristalli di cellulosa. Le applicazioni sono potenzialmente moltissime, in settori quali il design e l’arredamento, la liuteria e il mondo dei giocattoli. Ce ne parla Athanassìa Athanassìou, Vice Direttrice Scientifica dell'Istituto Italiano di Tecnologia e coordinatrice dell'unità Smart Materials nonché della ricerca in questione.

In questa puntata vi portiamo sulle sponde del fiume Olona, un tempo culla della rivoluzione industriale italiana e oggi cimitero di insediamenti industriali abbandonati. E dove settimana scorsa, a Cairate in provincia di Varese, è stata ufficialmente inaugurata l’H2 Olona Hydrogen Valley, una delle prime ad aver avviato gli impianti e ad essere in produzione dopo quella di Trecate. Detto che queste infrastrutture, nate dalla spinta del PNRR, sono una novità in Italia, l’Hydrogen Valley di Cairate si presenta come un piccolo gioiello, che ha tenuto insieme tanti obiettivi diversi: il rilancio di un’area industriale dismessa, un gran numero di sinergie industriali avviate con mondi che vanno dallo storage alla depurazione delle acque, e un modello di business che promette di essere sostenibile sul lungo periodo. Insomma: c’è il rischio che funzioni davvero. Ne parliamo con Lisa Manieri - Strategic Development & Project Manager di EXPAND.

Mentre il cambiamento climatico impone una trasformazione radicale dei centri urbani, l'Italia si scopre fragile: oltre il 90% dei Comuni è a rischio idrogeologico. Come possiamo trasformare le città per assorbire la pioggia se le nostre condotte perdono, in media, più del 40% dell'acqua potabile prima ancora che arrivi ai rubinetti? A Smart City solleviamo il tema delle opere strutturali urgenti e dei colli di bottiglia burocratici che bloccano i cantieri da nord a sud, partendo dalla complessità di una capitale come Roma. Ne abbiamo parlato con Erasmo D'Angelis, Presidente della Fondazione EWA (Earth and Water Agenda), in occasione della conferenza “Città nel futuro 2030–2050” a Roma.

In questa puntata parliamo di un’idea, un’intuizione avuta da un giovane studente del politecnico Politecnico di Torino, che ha aperto la strada a un salto di efficienza nei veicoli ibridi a dir poco sorprendente. Parliamo di una rivisitazione del sistema turbo che potrebbe valere, a parità di motore endotermico, un risparmio sui consumi dell’8%, un aumento della potenza fino al 12% o una combinazione delle due - per esempio 10% in più di potenza col 5% in meno di consumi. Sono numeri mostruosi per un comparto maturo come quello automobilistico e ancor di più per l’autotrasporto pesante, dove l’8% di carburante in meno può fare la differenza e dove - e questo è uno dei risvolti più importanti - questo nuovo tipo di turbo potrebbe aprire la strada alla motorizzazione ibrida, oggi quasi inesistente. Ospite Andrea Colletto, (futuro) Ricercatore del dipartimento di Energia del Politecnico di Torino.

BIM, prefabbricazione offsite e impatto zero: il futuro delle nostre città passa da una trasformazione radicale del modo di costruire. Ma come si concilia questa rivoluzione tecnologica con un tessuto produttivo fatto per oltre il 90% da piccole imprese legate alla tradizione? E la svolta green significa solo inquinare meno o si tradurrà in un risparmio reale sulle nostre bollette? A Smart City facciamo il punto sulla sfida delle emissioni zero entro il 2050, tra i vincoli della direttiva europea e la realtà dei cantieri. A margine della conferenza “Città nel futuro 2030–2050” a Roma, ne abbiamo parlato con Massimo Angelo Deldossi, Vicepresidente di ANCE con delega a Tecnologia e Innovazione.

Torniamo al Salone Nautico di Genova e al mondo della nautica per parlare di CarveLab, start-up con le radici nell’Università di Bologna. L'azienda ha messo a punto un braccio robotico capace, come un sarto che realizza un abito su misura, di rilevare le dimensioni di un componente da sostituire, trasformarle in un progetto e produrre il nuovo pezzo. Per farlo impiega un mix di strumenti e utensili che vanno dallo scanner laser alla fresa, fino alla stampa 3D. CarveHUB Marine, questo il nome del robot “tuttofare”, nasce con l’obiettivo di integrare in una sola piattaforma tutti gli strumenti necessari a realizzare ricambi e componenti custom, oltre a eseguire interventi di retrofitting come quelli volti a digitalizzare le imbarcazioni. La tecnologia serve soprattutto a svolgere attività di prototipazione rapida con componenti di grandi dimensioni, esattamente come richiesto nel settore nautico e in ambiti affini come quello automobilistico e aerospaziale. Ospite Curzio Pagliari, CEO di CARVELAB.

Far sparire il pacco batterie di una imbarcazione elettrica all’interno di pareti, pavimenti e separé, trasformandoli in elementi ibridi con una doppia funzione: strutturale ed energetica. Questo è l’obiettivo di Volta Structural Energy, start-up presente al Salone Nautico di Genova che, in un recente caso di studio, ha dimostrato come sia possibile moltiplicare quasi per 10 la capacità delle batterie di una barca senza aggiungere un grammo di peso e senza occupare volume. La start-up, infatti, non si è limitata a riempire di “pile” gli spazi vuoti dei componenti strutturali, ma li ha fusi completamente. Un altro aspetto interessante è la scelta di puntare, oltre che sul litio, anche sulla chimica del sodio, preferita soprattutto per ragioni di sicurezza e tolleranza alle condizioni di funzionamento. Ospite Tommaso Landolfi, CEO e fondatore di VOLTA STRUCTURAL ENERGY S.R.L.

Per quanto ancora necessaria in molti frangenti, la sperimentazione dei farmaci sugli animali è spiacevole e, per di più, non sempre così utile come si vorrebbe: non sempre, cioè, il modello animale rappresenta bene il modello umano. Perciò gli scienziati sono impegnati nella ricerca di alternative, come per esempio l’intestino artificiale sviluppato all’Università di Pisa: un modello di intestino umano ricreato all’interno di un bireattore, dove le cellule dell’intestino vengono coltivate in un ambiente che riproduce non solo il contesto biochimico in cui vivono, ma anche la peristalsi e le sollecitazioni meccaniche a cui sono sottoposte abitualmente, tanto che si organizzano spontaneamente assumendo una struttura che ricorda proprio i villi intestinali. E’ un altro passo verso l’obiettivo dello human on-chip, una sorta di condensato del metabolismo umano in provetta, con cui poter sperimentare i farmaci in vitro senza rischi e in modo sempre più accurato. Ospite Giovanni Vozzi, Prof. del Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione e del Centro di Ricerca "E. Piaggio" dell'Università di Pisa.

Sono chiamate meta-strutture, strutture ingegnerizzate dotate di proprietà particolari che dipendono dalla geometria e dall’architettura interna, e solo in misura minore dai materiali usati per realizzarle. Pensate al cartone da imballaggio: un materiale ottenuto a partire da un materiale flessibile come la carta, eppure rigido grazie all’alternanza di strati piani e ondulati. Le meta-strutture sono qualcosa di ancor più raffinato, legato non alle proprietà statiche - come la capacità di sopportare un peso - ma alle proprietà dinamiche, come per esempio la capacità di isolare dalle vibrazioni o dagli urti. Ed è proprio questo l’obiettivo del progetto R3DEFINE, premiato con un prestigioso ERC Grant. Ospite Riccardo Augello, ricercatore del del gruppo di ricerca MUL2 Politecnico di Torino.

La ricerca sui materiali raramente attira l’attenzione del grande pubblico, eppure è alla base di molte delle innovazioni che stanno cambiando il mondo in questi anni: dal settore energetico alla robotica alla chimica all’elettronica. Questa sera faremo un tuffo in questo mondo andando a Brindisi, al Laboratorio Idrogeno e nuovi vettori energetici dell’ENEA, dove hanno messo punto un nuovo materiale capace di svolgere due funzioni diverse - oggi affidate a componenti distinti - in dispositivi come batterie, fuel-cell ed elettrolizzatori: una semplificazione che potrebbe renderli più economici e semplici da costruire. A rendere ancora più interessante la ricerca c’è che questo materiale è privo di metalli nobili come platino ed iridio. Viene invece ottenuto aggiungendo piccole quantità di metalli comuni a qualcosa che possiamo immaginare come una sorta di feltro composto da fibre sottilissime, ottenute con un procedimento, l’elettrospinning, che ricorda alla lontana il procedimento per fare lo zucchero filato. Ospite Maria Federica De Riccardis, Prima ricercatrice del Dipartimento Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili dell’ENEA

Sempre più sensori e altri dispositivi della Internet of things popolano case, uffici e fabbriche: è possibile alimentarli con la luce artificiale? L’idea di usare il fotovoltaico in ambienti indoor può apparire bislacca e lo sarebbe, se il focus fosse la produzione di energia in sé. Ma non è questo il caso. Il problema è invece come dotare di alimentazione dispositivi che hanno bisogno di pochissima energia per funzionare ma che per essere installati possono richiedere operazioni di cablaggio invasive o anche solo una periodica manutenzione per cambiare le pile. Eccoci allora al progetto VIPER, ideato dalla professoressa Teresa Gatti e finanziato dall’UE con un ERC Grant, mirato a sviluppare una nuova generazione di celle fotovoltaiche capaci di funzionare in modo efficiente con la luce artificiale presente negli ambienti interni, molto diversa dalla luce solare. Ospite Teresa Gatti, Prof.ssa di Chimica per le tecnologie, del Politecnico di Torino.

Trasformare la crusca in lardo: è l’obiettivo di ECOF2AT, progetto finanziato con un ERC Grant ideato dalla professoressa Elena Simone del Politecnico di Torino, la quale si propone di ricavare, da sottoprodotti alimentari come la crusca di riso o i fondi di caffè, alimenti grassi con caratteristiche simili a prodotti tradizionali. Può sembrare strano, ma questi sottoprodotti contengono una certa percentuale di grassi non molto diversi da quelli che si trovano nei prodotti tradizionali, anche se in minore abbondanza, non altrettanto facili da estrarre e bisognosi di qualche aggiustamento. Problemi che ECOF2AT si propone di risolvere. Ce ne parla Elena Simone, professoressa di Ingegneria chimica del Politecnico di Torino.

Nelle giuste condizioni geologiche, è possibile iniettare nelle rocce profonde acqua satura di CO2 e tirare fuori idrogeno. In altre parole, si sequestra l’anidride carbonica e si produce combustibile green in un colpo solo. Si tratta dell'ultima evoluzione di un filone recentissimo della ricerca, nato meno di venti anni fa dalla scoperta di accumuli di idrogeno sotterraneo, detto idrogeno naturale o idrogeno bianco. Da un lato è partita l’esplorazione geologica alla ricerca di questo tipo di giacimenti; dall’altro si è capito come questo idrogeno si genera e che questa produzione può anche essere stimolata e unita al sequestro geologico della CO2. E oggi esistono anche le prime evidenze sperimentali. Ne parliamo con Chiara Boschi, Prima Ricercatrice dell’Istituto di Geoscienze del CNR.

Non dice ancora dov’è, ma dice dove andare a cercarlo: è la prima mappa dell’idrogeno bianco (o idrogeno naturale) in Italia, stilata dall’Istituto di Geoscienze del CNR. Arriva a quindici anni dalla scoperta del tutto casuale dell’idrogeno bianco, che si accumula in particolari condizioni nel sottosuolo e che può essere estratto come qualunque altro gas. Oggi l’idrogeno naturale viene concretamente estratto e utilizzato in un solo luogo al mondo, un villaggio in Mali, e non è ancora chiaro se si tratti di un caso raro o se, come pensano alcuni, potremmo trovarne ingenti riserve. Ma un dato interessante è che queste si troverebbero in contesti completamente diversi, se non opposti a quelli in cui ci si aspetta di trovare petrolio e altri fossili. Il che, paradossalmente, è un vantaggio per territori che ne sono poveri, proprio come l’Italia. Ne parliamo con Chiara Boschi, prima ricercatrice dell’Istituto di Geoscienze del CNR.

Ogni anno nel mondo vengono impiantate quasi mezzo milione di protesi di valvola cardiaca, di cui circa trentamila in Italia. Numeri che ci parlano di una pratica più che consolidata. Allo stesso tempo, nel corso degli ultimi venti anni, le valvole protesi si sono evolute tantissimo. Ora la frontiera è realizzare protesi destinate a dissolversi, lasciando al loro posto una valvola cardiaca nuova di zecca, fatta dalle stesse cellule del paziente, senza problemi di biocompatibilità e in grado di crescere con l'età. Proprio come quella di cui parliamo stasera, ideata a Palermo e finanziata dal National Institutes of Health. Ce ne parla Antonio D'Amore, professore dell'Università Pittsburg e dell'Università di Palermo; group leader della Fondazione Ri.MED.

Ultima puntata dello speciale dedicato al Quantum Day: la dedichiamo a Bitcoin e, più in generale, al rischio che un computer quantistico, da qui a 10 o 20 anni, possa compromettere la sicurezza delle cripto-valute. Finora mai nessuno è riuscito a compromettere la sicurezza della blockchain alla base di bitcoin. Quando pure si sono verificati dei furti di cripto-valute, non sono mai avvenuti hackerando la blockchain, ma sempre rubando chiavi private non sufficientemente ben custodite. Un computer quantistico abbastanza potente potrebbe invece fare proprio questo: hackerare una blockchain e svuotarla. Come abbiamo visto nelle puntate precedenti, esistono forme di crittografia resistenti anche agli attacchi quantistici e nulla vieta di applicarle anche al bitcoin e al mondo delle blockchain. Ma questo solleva, nel caso delle cripto-valute, una serie di problemi pratici e interrogativi filosofici e politici su cui la comunità del bitcoin non ha ancora trovato un accordo. Ne parliamo con Ferdinando Ametrano, amministratore delegato e cofondatore di CheckSig, Insegna a Sec Parigi Bitcoin e Cripto-asset.

Il Quantum Day potrebbe segnare il momento in cui transazioni e dati sensibili saranno a rischio. Come abbiamo visto nelle puntate precedenti, le soluzioni esistono: forme di crittografia, come la cosiddetta Post-Quantum Criptography, che nemmeno i computer quantistici sono in grado di decifrare. Ma introdurre queste nuove procedure in modo sicuro nelle istituzioni, nelle banche, nelle assicurazioni, è un processo che richiede tempo e preparazione. Perciò, anche se per ora non esistono obblighi, c’è già chi si è messo in moto. Ne parliamo con Marina Natalucci, Head of Quantum Computing Observatory del Politecnico di Milano.

Si avvicina il Q-Day, il giorno in cui vedranno la luce i primi computer quantistici abbastanza potenti da essere in grado di rompere le chiavi crittografiche su cui si basa oggi tutta la sicurezza informatica. E se non ci faremo trovare pronti, le conseguenze saranno più che nefaste. Ma il problema è conosciuto da tempo e tutto un armamentario di soluzioni è già pronto o allo studio. La chiamano Post-Quantum Cryptography ed è una famiglia di algoritmi matematici talmente complicati che nemmeno un computer quantistico è in grado di decifrarli. E’ a loro che dovremo affidare la sicurezza dei nostri dati, ma c’è un prezzo da pagare. Ne parliamo con Marco Baldi, professore di Telecomunicazioni presso il Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione dell'Università Politecnica delle Marche.

I ricercatori suonano l'allarme, gli esperti di sicurezza informatica si interrogano, le grandi banche iniziano a prepararsi. Si avvicina il Q-Day, il giorno in cui saranno disponibili i primi computer quantistici in grado di rompere le chiavi crittografiche su cui si basa oggi tutta la sicurezza informatica. Molti ascoltatori ricorderanno il millennium bug e la paura che tutti i sistemi informatici andassero a rotoli allo scattare del nuovo millennio. A livello di previsioni catastrofiche il Q-day ci assomiglia, ma non ha una data precisa. Quello che sappiamo è che fino a un paio di anni fa sembrava una prospettiva remota, ma una serie di scoperte recenti lo hanno avvicinato moltissimo e adesso parliamo di 10 o 20 anni. A essere messe a rischio non saranno soltanto le transazioni future, ma anche molti dati sensibili registrati negli anni precedenti. In questa e nelle prossime puntate, parliamo del Q-day, di cosa aspettarci e di come scongiurarlo. Ospite di questa puntata, Tommaso Calarco, professore di Informatica Quantistica presso l'Università di Colonia e l'Università di Bologna.