DESCRIZIONE DEL PROGETTO Inviato il 30/04/2004 … · Laboratorio Laboratorio Regionale per...

Programma Regionale per la Ricerca Industriale, l'Innovazione e il Trasferimento Tecnologico

Misura 4 "Sviluppo di rete"

Azione A - Laboratori di ricerca e trasferimento tecnologico

DESCRIZIONE DEL PROGETTO

Inviato il 30/04/2004 alle ore 15:38:22

N. PROGRESSIVO 22

Codice: M404AIXZL3

Denominazione del Laboratorio

Laboratorio Regionale per l'Innovazione nel controllo della qualità dell'Aria

Acronimo LaRIA

Tematica di riferimento Tecnologie e metodiche nel controllo dell'aria

Costo complessivo del progetto

€ 2.002.864

Contributo regionale richiesto

€ 848.330

Durata (in mesi) 24

PROPONENTE Denominazione ISAC-CNR, Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima

Ente di appartenenza Consiglio Nazionale delle Ricerche

1

Legale Rappresentante Pistella Fabio (presidente del CNR)

Via Via Gobetti, 101

CAP 40129 Comune Bologna Prov. BO

Abstract della proposta

Si propone la costituzione del Laboratorio LaRIA come punto di riferimento regionale per tutte le aziende e le amministrazioni pubbliche che operano nel campo del controllo della Qualità dell’Aria. Esso risponde alle priorità tematiche del PRIITT “Sviluppo Sostenibile e cambiamento dell’ecosistema” ed è articolato in tre sottoprogetti: i) Sensoristica (gas e polveri), ii) Remote Sensing, iii) Modellistica e Calcolo, e tre task trasversali: Monitoraggio, Formazione e Certificazione. I gruppi afferenti al sottoprogetto “Sensoristica” propongono diversi dispostivi estremamente innovativi per il monitoraggio degli inquinanti e caratterizzati da un’avanzata fase realizzativa: a) sensori a stato solido a matrice chemoresistiva impiegati in array per la rilevazione selettiva degli inquinanti soggetti alle specifiche quantitative delle leggi europee: CO, NOx, O3; b) un sistema gas-cromatografico miniaturizzato (con l’impiego di tecnologie microsistemistiche) per la rilevazione di Benzene, Toluene, Etilbenzene e Xilene (BTEX) in traccia; c) un sensore specifico per la determinazione della composizione degli aerosol divisi nelle tre classi dimensionali di interesse ambientale e sanitario (PM1, PM2.5 e PM10), d) la messa a punto di sistemi di biosensori, da affiancare a centraline per il monitoraggio della Qualità dell’Aria. Per questa nuova classe di sensori si intende intraprendere azioni di trasferimento e sviluppare, con il concorso di diversi gruppi industriali e dell’utenza (ARPA, Province, ecc.), un sistema integrato di dimensioni compatte e costo relativamente contenuto per l’analisi degli inquinati aeriformi. Con riferimento al nuovo sensore di polveri, va ricordata la particolare importanza che rivestono oggi le componenti PM2.5 e PM1, indicate dai più recenti studi epidemiologici come maggiormente responsabili dei danni alla salute della popolazione. Con il sottoprogetto “Remote Sensing” si intende favorire l’impiego del telerilevamento da terra e da aereo, integrandolo con l’interpretazione dei dati satellitari, al fine di ricavare, all’interno dello strato di rimescolamento atmosferico, la distribuzione spaziale dei valori di concentrazione degli inquinanti (gas e particelle). A tale scopo si propone una nuova generazione di telerilevatori e metodiche di misura, entrambi di concezione originale, con enormi potenzialità d’impiego, come ad esempio la possibilità di rilevare, in tempo reale, la distribuzione verticale dei valori di concentrazione degli aerosol, divisi in tre classi dimensionali, o la tomografia degli inquinanti gassosi. Un’azione di trasferimento di tutto ciò potrà dare un notevole contributo nel Controllo della Qualità dell’Aria su scala ben più vasta di quella urbana. Il sottoprogetto “Modellistica e Calcolo”, tra i vari obiettivi realizzativi propone una modellistica numerica di facile uso della dispersione e trasformazione degli inquinanti atmosferici, l’implementazione di algoritmi innovativi sulla turbolenza atmosferica, lo sviluppo e l’applicazione di modelli deterministici, a scala locale e regionale, per la simulazione dell’evoluzione del particolato e dello smog fotochimico. Questa attività sarà integrata da metodologie di validazione dei modelli proposti sulla base delle normative di accreditamento e certificazione del settore Le diverse proposte in cui è articolato il progetto, hanno lo scopo comune di fornire strumenti e metodologie che contribuiscono, soprattutto in modo sinergico, a una più corretta e dettagliata valutazione della Qualità dell’Aria su tutto il territorio.

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Luogo e data Timbro e firma del legale rappresentante

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PARTE 0 - DESCRIZIONE SINTETICA DELLA PROPOSTA

Titolo del progetto

Laboratorio Regionale per l'Innovazione nel controllo della Qualità dell'Aria

Acronimo LaRIA

Durata 24 mesi

Tematica Tecnologie e metodiche nel controllo della Qualità dell’Aria

Sede del laboratorio

Denominazione del Laboratorio

Laboratorio Regionale per l'Innovazione nel controllo della qualità dell'Aria

Struttura di riferimento

ISAC - CNR

Via Gobetti 101

CAP 40129 Comune

Bologna Provincia

BO - BOLOGNA

RESPONSABILE DEL LABORATORIO

Cognome Giovanelli Nome Giorgio

Email [email protected] Telefono

051 6399591

Fax 051 6399652

Ambiti settoriali e disciplinari del laboratorio Parole Chiave

Settore/i K -73.1

Tecnologia GEO/12

Altro Sensori ambientali a stato solido

Telerilevamento dell'aria

Modellistica diffusionale

La proposta riguarda le tematiche del distretto Hi-Mech? NO

Abstract

Si propone la costituzione del Laboratorio LaRIA come punto di riferimento regionale per tutte le aziende e le amministrazioni pubbliche che operano nel campo del controllo della Qualità dell’Aria. Esso risponde alle priorità tematiche del PRIITT “Sviluppo Sostenibile e cambiamento dell’ecosistema” ed è articolato in tre sottoprogetti: i) Sensoristica (gas e polveri), ii) Remote Sensing, iii) Modellistica e Calcolo, e tre task trasversali: Monitoraggio, Formazione e Certificazione. I gruppi afferenti al sottoprogetto “Sensoristica” propongono diversi dispostivi estremamente innovativi per il monitoraggio degli inquinanti e caratterizzati da un’avanzata fase realizzativa: a) sensori a stato solido a matrice chemoresistiva impiegati in array per la rilevazione selettiva degli inquinanti soggetti alle specifiche quantitative delle leggi europee: CO, NOx, O3; b) un sistema gas-cromatografico miniaturizzato (con l’impiego di tecnologie microsistemistiche) per la rilevazione di Benzene, Toluene, Etilbenzene e Xilene (BTEX) in traccia; c) un sensore specifico per la determinazione della composizione degli aerosol divisi nelle tre classi dimensionali di interesse ambientale e sanitario (PM1, PM2.5 e PM10), d) la messa a punto di sistemi di biosensori, da affiancare a centraline per il monitoraggio della Qualità dell’Aria. Per questa nuova classe di sensori si intende intraprendere azioni di trasferimento e sviluppare, con il concorso di diversi gruppi industriali e dell’utenza (ARPA, Province, ecc.), un sistema integrato di dimensioni compatte e costo relativamente contenuto per l’analisi degli inquinati aeriformi. Con riferimento al nuovo sensore di polveri, va ricordata la particolare importanza che rivestono oggi le componenti PM2.5 e PM1, indicate dai più recenti studi epidemiologici come maggiormente responsabili dei danni alla salute della popolazione. Con il sottoprogetto “Remote Sensing” si intende favorire l’impiego del telerilevamento da terra e da aereo, integrandolo con l’interpretazione dei dati satellitari, al fine di ricavare, all’interno dello strato di rimescolamento atmosferico, la distribuzione spaziale dei valori di concentrazione degli inquinanti (gas e particelle). A tale scopo si propone una nuova generazione di telerilevatori e metodiche di misura, entrambi di concezione originale, con enormi potenzialità d’impiego, come ad esempio la possibilità di rilevare, in tempo reale, la distribuzione verticale dei valori di concentrazione degli aerosol, divisi in tre classi dimensionali, o la tomografia degli inquinanti gassosi. Un’azione di trasferimento di tutto ciò potrà dare un notevole contributo nel Controllo della Qualità dell’Aria su scala ben più vasta di quella urbana.

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Il sottoprogetto “Modellistica e Calcolo”, tra i vari obiettivi realizzativi propone una modellistica numerica di facile uso della dispersione e trasformazione degli inquinanti atmosferici, l’implementazione di algoritmi innovativi sulla turbolenza atmosferica, lo sviluppo e l’applicazione di modelli deterministici, a scala locale e regionale, per la simulazione dell’evoluzione del particolato e dello smog fotochimico. Questa attività sarà integrata da metodologie di validazione dei modelli proposti sulla base delle normative di accreditamento e certificazione del settore Le diverse proposte in cui è articolato il progetto, hanno lo scopo comune di fornire strumenti e metodologie che contribuiscono, soprattutto in modo sinergico, a una più corretta e dettagliata valutazione della Qualità dell’Aria su tutto il territorio.

Tipologia della struttura organizzativa

Associazione Temporanea da costituire

Partecipanti all'iniziativa

nº Denominazione Ente di appartenenza

Comune Prov. Referente per il progetto

1. ISAC-CNR, Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima

Consiglio Nazionale delle Ricerche

Bologna BO Giovanelli Giorgio

2. IBIMET-CNR, Istituto di Biometeorologia, Sez. Bologna


Bologna BO Georgiadis Teodoro

3. IMM-CNR, Istituto per la Microelettronica e i Microsistemi


Bologna BO Cardinali Gian Carlo

4. IMEM-CNR, Istituto dei Materiale per l’Elettronica e il Magnetismo


Parma PR Zappettini Andrea

5. UTS/PROT, Unità Tecnico Scientifica - Protezione e Sviluppo dell’Ambiente e del Territorio,Tecnologie Ambientali

ENEA - Bologna

Bologna BO Berico Massimo

6. DIEM Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche,Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia

Università di Bologna

Forlì FC Persiani Franco

6

7. Dipartimento di Fisica – Laboratorio Sensori e Semiconduttori

Università di Ferrara

Ferrara FE Carotta Maria Cristina

8. Dipartimento di Scienze Ambientali

Università degli Studi di Parma

Parma PZ Mastri Elena

9. ARS – Atmospheric Remote Sensing - Bologna

Carlo Gavazzi Space

Bologna BO Di Nicolantonio Walter

10. Fondazione G. Marconi Fondazione G. Marconi

Sasso Marconi

BO Falciasecca Gabriele

Sostenitori dell'iniziativa

nº Denominazione Indirizzo Tipologia(*) Forma del sostegno (**)

1. UNITEC Via C. Colombo, 37/E - 44100 Ferrara

Impresa Conferimento di risorse

2. AGAC Via Gastinelli, 30 – 42100 Reggio Emilia

Impresa Sponsorizzazione

3. CAE Via Cà dell’Orbo, 48 - 40050 Villanova di Castenaso (BO)

Impresa Manifestazione di interesse

4. ELEN via Baldanzese 17- 50041 Calenzano (FI)

Impresa Conferimento di risorse

5. PROGEA Via Don Giuseppe Bedetti, 20 - 40100 Bologna


6. PROTEX Via Cartesio 30, Forlì Impresa Manifestazione di interesse

7. SIAP Via Cà dell’Orbo, 51 – 40050 Villanova di Castenaso (BO)


8. Gibertini Via Bellini 29/31 20026 Novate Milano


9. Geotema Via Ercole 1° d’Este, 32 - 44100 Ferrara


10. ARPA-ER Via Po, 5 - 40129 Bologna Ente Pubblico

Sponsorizzazione

11. Provincia di Bologna Via Zamboni, 13 - 40126 Bologna

Ente Pubblico

Manifestazione di interesse

12. Provincia di Forlì e Cesena

Piazza Morgagni, 9 - 47100 Forlì Ente Pubblico

Conferimento di risorse

13. Polo Scientifico Didattico di Forlì

Via Volturno, 7 - 47100 Forlì Ente Pubblico

Manifestazione di interesse

7

14. U-Series Via G. Fanin, 48 - 40127 Bologna


15. Project Automation Viale Elvezia, 42 20052 Monza (MI)


16. Eletteronica Santerno Via G. Di Vittorio, 3 – 40020 Casalfiumanese (BO)


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PARTE 1 - DESCRIZIONE DEI PROPONENTI

Informazioni sui proponenti

Proponente 1

Denominazione ISAC-CNR, Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima

Ente di appartenenza


Legale Rappresentante Cognome

Prodi Nome Franco

Referente per il progetto

Cognome Giovanelli Nome Giorgio

Via Via Gobetti, 101

Comune Bologna CAP 40129 Provincia

BO - BOLOGNA


051-6389591

Fax 051-6399654

Ambiti di ricerca specifici per la presente proposta

L’istituto ISAC-CNR, indirizzato nello studio dei processi e della dinamica dell’atmosfera, specificatamente alle attività proposte nel progetto LaRIA, si occupa, sia in campo modellistico che sperimentale, dell'aerosol, dei gas atmosferici minori (naturali e antropici) e dei loro cicli in atmosfera (generazione, trasporto e rimozione). Per quanto riguarda gli studi sull’aerosol, si volgono attività di ricerca mirate alla determinazione simultanea ed in tempo reale, anche tramite tecnologie innovative, della componente grossolana (PM10) e fine (PM2.5 e PM1). A questi sviluppi tecnologici innovativi si aggiungono: attività per la caratterizzazione degli aerosol ultrafini, la modellistica dello scattering da polveri (scatterometria) e la radiometria solare per aerosol (fotometria solare, nefelometria, PSAP, metodi d’inversione). Un altro filone fondamentale portato avanti all’interno di ISAC è lo studio dei gas minori atmosferici con l’impiego di tecniche a remote sensing. Nell’ambito di questa attività rientra anche la progettazione di spettrometri DOAS (Differential Optical Absorption Spectroscopy) per la determinazione dei contenuti colonnari di gas in traccia lungo percorsi orizzontali e a diversi angoli zenitali. Inoltre, sono in corso anche ricerche per ricostruzioni tomografiche a 2 e 3 dimensioni all’interno dello strato di rimescolamento degli inquinanti aeriformi, attraverso misure congiunte

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con spettrometri DOAS e LIDAR installati su aereo e/o mezzi mobili. Un’altra parte, di elevato contenuto scientifico e tecnico, riguarda lo studio del trasferimento radiativo in atmosfera, che include anche processi di diffusione multipla trattati con metodi stocastici, come il metodo Monte Carlo. Restando sempre nel campo di argomenti pertinenti a questo progetto, si annovera anche l’uso di sistemi sodar per la misura dei profili di vento per la caratterizzazione della struttura termica della bassa atmosfera. Infine, all’interno del vasto filone della dinamica atmosferica, rivestono un notevole interesse anche i modelli di trasporto e dispersione degli inquinanti sviluppati sia come ricerca che in applicazioni pratiche.

Elenco delle principali attrezzature messe a disposizione del Laboratorio

1. Laboratorio VaRESE (Remote Sensing Validation)

2. Lab. Calibr. fotometri, sorg. rad. e spettrofot. (LaCReS)

3. Sistemi a remote sensing per la misura di gas (GASCOD)

4. Sistema per la misura di gas in traccia da aereo (TropoGAS)

5. Lab. pulito per il trattamento dei campioni di aerosol

6. Generatori di aerosol monodispersi (0.5-20 um)

7. Generatori di aerosol polidispersi, ultrafini e grossolani

8. Spettrometri. inerziali per caratterizzazione dimensionale (0.5-10 um)

9. Batteria a diff. per caratter. dimensionale (30-150 nm)

10. Contatore di nuclei per aerosol (> 30 nm)

11. Spettrometro a laser per caratterizzazione dimesionale. (0.1-7.5 µm)

12. Contatore ottico light scattering

13. Campionatore personale per frazioni respirabile e toracica

14. Campionatori manuali per PM10 e PM2.5 (EPA e CEN)

15. Laboratorio mobile per controllo PM10 e dei BTX

16. Anemometri sonici ad alta risoluzione

17. SW per la deconvoluzione delle misure laser e batt. diffus

10

18. Fotometri solari multispettrali ASP-15WL, IR-RAD, UVISIR

19. Radiometro Modello MFR7 della YES

20. Radiometro PREDE POM 01L

21. Nefelometro Modello M904 della Radiance Research

22. Particle Soot Absorption Photometer (PSAP)

Elenco dei componenti del gruppo di ricerca coinvolti nell'attività del Laboratorio

nº Cognome Nome Qualifica/Titolo Specifiche tematiche di ricerca

Mesi persona complessivamente

dedicati al progetto

1. Prodi Franco Direttore Processi di formazione aerosol

4

2. Belosi Franco 1° Tecnologo Campionamento e caratterizzazione aerosol

14

3. Ferrari Silvia Borsista Modellistica dello scattering da aerosol. Radiometria Solare

4

4. Contini Daniele Ricercatore Determinazione flussi verticali turbolenti

8

5. Tirabassi Tiziano 1° Ricercatore Modelli di dispersione degli inquinanti

5

6. Giovanelli Giorgio 1° Ricercatore Tecniche a remote sensing; tomografia di gas inquinanti

10

7. Petritoli Andrea Assegno di ricerca

Profili di gas minori con metodi d’inversione

8

8. Tomasi Claudio Dirigente di ricerca

Modellistica dello scattering da aerosol. Radiometria Solare

3

11

9. Vitale Vito Ricercatore Modellistica dello scattering da aerosol. Radiometria Solare

8

10. Kostadinov Ivan Ricercatore Tecniche spettrofotometriche e Lidar su aereo

6

11. Ravegnani Fabrizio Ricercatore Metodologia DOAS 4

Esperienze del proponente nella tematica di riferimento della proposta Nel campo degli aerosol il gruppo proponente è coinvolto nelle seguenti attività: - Progetto Europeo SMT4-CT98-2234, “Feasibility of a new generation of test apparatus for airborne particulate systems” . - Coordinamento del progetto QUITSAT (studio di fattibilità per la QUalità dell’aria mediante misure Innovative integrate da Terra e SATellite - ASI). - Collaborazione con la Provincia di Bologna nella progettazione di un campionatore ambientale. - Collaborazione con la Provincia di Lecce per il controllo del particolato atmosferico. - Progetto CORILA per la caratterizzazione dei flussi di aerosol sulla laguna veneta. - Collaborazione con ISPESL per la caratterizzazione delle polveri di legno negli ambienti di lavoro. - Collaborazione con SPINNER per la realizzazione di un dispositivo innovativo di protezione dall’inalazione delle polveri. - Partecipazione al progetto europeo IMPACT-CRT2 in collaborazione con ESA e Università Libera di Bruxelles (ULB) per lo studio delle proprietà degli aerosol in assenza di gravità Nel campo delle proprietà ottiche dell’atmosfera, il gruppo proponente ha maturato grande esperienza nello studio del trasferimento radiativo e della composizione dell’atmosfera, con particolare riferimento alla misura della concentrazione dei gas in traccia sia in troposfera che in stratosfera. Per quanto riguarda l’attività di laboratorio del gruppo proponente, uno dei principali obiettivi è la messa a punto di “facilities” sperimentali per la calibrazione di strumentazioni da utilizzare poi in campo come ad esempio gli spettrometri a remote sensing. Nel campo della dispersione di inquinanti, il gruppo proponente ha una notevole esperienza nella di fisica dello strato limite atmosferico e della fenomenologia del trasporto e diffusione in atmosfera. In particolare ha realizzato alcuni modelli matematici di trasporto e diffusione in atmosfera accomunati dal fatto di utilizzare soluzione analitiche o approssimazioni analitiche dell'equazione del trasporto e diffusione. Oltre a esperienze nell’utilizzo, su varie scale (dalla mesoscala alla scala urbana) di alcuni dei modelli più noti a livello internazionale Attività formativa: Seminari presso il Dipartimento di Scienze dei Materiali (Univ. di Lecce) sul campionamento delle polveri ambientali. · Docenze presso i corsi di formazione dell’AIDII (Associazione Italiana Igienisti Industriali) sul campionamento e caratterizzazione delle polveri in ambienti confinati. · Progetto di educazione ambientale per le scuole superiori di Forlì con realizzazione di una sperimentazione per il campionamento del PM2.5 in ambiente urbano.

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· Svolgimento di esercitazioni nel corso di Laboratorio di Fisica dell’Atmosfera, nell’ambito del Corso di Laurea in Meteorologia e Ambiente presso l’Università di Ferrara. · Docenza nel Corso di Laurea “Climatologia e Meteorologia” presso il Dipartimento di Scienze Ambientali dell'Università di Parma · Direzioni di due Corsi Internazionali sui modelli matematici di diffusione e lo strato limite atmosferico rivolto a laureati dei paesi in via di sviluppo e svoltosi presso l'International Centre for Theoretical Physics di Trieste (ICTP). · Direzione di un corso sui modelli matematici di diffusione e lo strato limite atmosferico presso Scuola Superiore di Fisica Biomedica "P.Caldorola" · Partecipazione ai corsi di Dottorato di Ricerca in Fisica presso Università di Ferrara.

Priorità assegnata alla proposta 1

Altre proposte nella Misura 4 azione A a cui il proponente partecipa

nº Denominazione della proposta Priorità assegnata

1. ERG 2

2. Laboratorio per la sostenibilità dell'ambiente marino dell'Emilia Romagna

3

Proponente 2

Denominazione

IBIMET-CNR, Istituto di Biometeorologia, Sez. Bologna




Cognome Georgiadis Nome Teodoro

Via Gobetti 101


BO - BOLOGNA


051 6399006

Fax 051 6399024

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Misura e modellistica dei flussi di calore in ambiente urbano mediante metodologia a eddy-covariance per la modellistica della microclimatologia e micrometeorologia della canopy urbana.Misura e modellistica della turbolenza per applicazioni alla diffusione degli inquinanti in diverse tipologie architetturali urbane.Misura e modellistica dei flussi di radiazione sulla canopy urbana e all’interno del canyon stradale per lo studio della diffusione degli inquinanti. Modellistica degli indici bio-climatici nell’ambiente urbano.


1. 3 Stazioni a eddy-covariance

2. 3 Stazioni radiometriche per onda corta e lunga

3. 3 Stazioni micrometeorologiche

4. 1 stazione di misura flussi verticali di O3

5. Modellistica per applicazioni di climatologia urbana





1. Georgiadis Teodoro 1° Ricercatore Micrometeorologia Microclimatologia

5

2. Nardino Marianna Art. 15 Micrometeorologia Microclimatologia

3

3. Rossi Federica 1° Ricercatore Micrometeorologia Microclimatologia

4

4. Rossi Lelli Maria V - Livello Tecnico

Micrometeorologia Microclimatologia

4

Esperienze del proponente nella tematica di riferimento della proposta L’Istituto IBIMET-CNR Sezione Bologna opera istituzionalmente nel settore dell’ambiente urbano mediante una Unita’ Operativa. In particolare, e’ stato richiesto quale revisore internazionale per il progetto CONAyCIT sulla costruzione della base di dati micrometeorologica di Mexico City, ha collaborato e tuttora collabora con ARPA ER e ARPA Lazio su tematiche micrometeorologiche e

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microclimatologiche dell’ambiente urbano, e suo personale e’ docente presso le Universita’ di Firenze, Pisa e Sassari su queste tematiche. Il responsabile dell’Istituto proponente e’ autore di piu’ di 100 memorie a mezzo stampa sull’argomento specifico.




1. SIQUAL 1

Proponente 3

Denominazione IMM-CNR, Istituto per la Microelettronica e i Microsistemi




Cognome Cardinali Nome Gian Carlo

Via Gobetti 101


BO - BOLOGNA


051 639 9124

Fax 051 639 9216


Realizzazione di sistemi innovativi per il monitoraggio della qualità dell’aria in ambiente esterno, indirizzati in particolare alla quantificazione di Benzene, Toluene, Etilbenzene e Xilene. L’utilizzo di tecnologie micro-sistemistiche permette la miniaturizzazione di singoli dispositivi analitici, come ad esempio colonne di separazione gas-cromatografiche, che verranno integrati all’interno di sistemi ibridi caratterizzati da dimensioni contenute (strumentazione palmare), basso consumo energetico ed alti livelli di sensibilità. Sensori di gas atmosferici in traccia e telerilevamento. Realizzazione di microsensori chimici od ottici integrati con tecnologia planare.Microsistemi e

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colonne di gas cromatografia microlavorate. Realizzazione di film sottili da utilizzare come elementi chimicamente sensibili.


1. Camere pulite in classe 100,per la realizzazione di sensori

2. Sistemi di caratterizzazione per sensori di gas

3. Sistemi di caratterizzazione di dispositivi microelettronici

4. Sala bianca per tecnologie planari al silicio

5. Camera di Laser ablation per dep. film di ossidi metallici


nº Cognome Nome Qualifica/Titolo Specifiche tematiche di

ricerca



1. Cardinali GianCarlo Primo Ricercatore

Sensori per gas 4

2. Maccagnani Piera Ricercatore livello 0

Microsistemi 3

3. Elmi Ivan Assegnista Microsensori di gas

8

4. Masini Luca Tecnico Progettazione elettronica

5

5. Zani Antonio Tecnico Progettazione elettronica

5

Esperienze del proponente nella tematica di riferimento della proposta Parte1- Dal 1994 è attivo all’interno del CNR-IMM Sezione di Bologna il gruppo “Sensori e Microsistemi”, svolgendo attività di sviluppo e test di sensori per gas e di sistemi per il monitoraggio della qualità dell’aria. L’IMM ha partecipato a diversi progetti di Ricerca europei, sin dal 4. PQ (COSSENSOR, SMOG e Clean-Air conclusi, NetGas e GoodFood in corso), nonché a progetti nazionali (1 progetto FIRB e 1 progetto FISR attivi). Alcuni di questi progetti hanno permesso di realizzare prototipi di laboratorio e prototipi per test in campo di strumentazione per il monitoraggio della qualità dell’aria, sia indoor che outdoor. Strumentazione di questo tipo ha le

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caratteristiche ideali per essere utilizzata per misure in campo all’interno del NetLab, fornendo i dati necessari agli studi di modellistica e di calcolo nonché dati da incrociare con le misurazioni effettuate in remote-sensing. Inoltre, l’esperienza maturata nelle tematiche di scienze dei materiali ossidi metallici semiconduttori per applicazioni sensoristiche nonché di micro-lavorazione del silicio ed integrazione ibrida di micro-sistemi può essere efficacemente condivisa con i partner del NetLab, come del resto i laboratori di caratterizzazione per i sensori e i sistemi di monitoraggio della qualità dell’aria. Parte2- Nel campo della strumentazione integrata per la misura di gas atmosferici in traccia, l’IMM ha una lunga e comprovata esperienza, sviluppata nel corso di molti anni, che ha portato alla realizzazione di diversi prototipi di sensori di gas, sia chimici che ottici. Sulla tematica del rilevamento atmosferico l’IMM ha partecipato, sia come partner che come coordinatore, a molti Progetti nazionali ed internazionali maturando una esperienza rilevante sia nel quadro italiano che europeo.




1. MiST. E-R 1

2. NANOFABER 2

3. ERG 4

Proponente 4

Denominazione IMEM-CNR, Istituto dei Materiale per l’Elettronica e il Magnetismo




Cognome Zappettini Nome Andrea

Via Parco Area delle Scienze

Comune Parma CAP 43010 Provincia

PR - PARMA

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0521 269296

Fax 0521 269206


L’Istituto si occupa della realizzazione di materiali avanzati (nanofili) a base di semiconduttori (ossidi di metalli: SnO2, ZnO, Ti2O3, ecc.) opportunamente ottimizzati (drogaggi specifici) per la realizzazione di sensori di gas ad elevate sensibilità e stabilità. Tenuto conto dell'elevato rapporto superficie/volume gli ossidi metallici in forma di nanofili sono considerati candidati primari alla realizzazione dei sensori di nuova generazione. La ricerca si propone di realizzare metodologie di deposizione di strati di nanofili di ossidi con processi di deposizione da vapore ad alta resa e quindi estremamente economici. La ricerca prevede lo studio per la messa a punto di un procedimento, ad alta riproducibilità, per la deposizione in larga area (alcuni cm2) di fili di ossido omogenei (dimensioni, densità, ecc.), assistita da diagnostica strutturale (diffrazione X e microscopia elettronica), elettrica ed ottica.


1. Reattori per deposizione via CVD

2. Reattori per ossidazione e annealing

3. Microscopi elettronici (SEM, TEM)

4. Diffrattometri per raggi X (configurazione a basso angolo)

5. Tecniche di misura delle caratteristiche di trasporto

6. Misure di assorbimento ottico, foto- e catodo-luminescenza

7. Apparati per deposizione dei contatti elettrici

8. Apparati per test funzionali





1. Zappettini Andrea Ricercatore Crescita e caratterizzazione di materiali inorganici

8

2. Zha Mingzeng Ricercatore Crescita di materiali 8

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inorganici

3. Mignoni Germana Tecnico Caratterizzazione funzionale

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4. Curti Maurizio Tecnico Assistenza al reattore di crescita

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Esperienze del proponente nella tematica di riferimento della proposta Conoscenze dei materiali semiconduttori. Pluriennale esperienza nei processi di crescita cristallina con metodi di deposizione da fase vapore, in particolare in riferimento ai seguenti ambiti: - progettazione e realizzazione di reattori di crescita - studio dei meccanismi microscopici di crescita - controllo del drogaggio - trattamenti termici in atmosfera controllata - vasta esperienza nella diagnostica strutturale (diffrazione di raggi X, microscopia elettronica), elettrica (deposizione di contatti, misure di resistività, …), ottica (assorbimento, foto- e catodo-luminescenza) - crescita di nanofili di ossidi per la realizzazione di sensori di gas Partecipazione al progetto europeo NANOS4 (FP6) coordinato dal Prof. Sberveglieri




1. MIST. E-R 1

2. ERG 2

Proponente 5

Denominazione

UTS/PROT, Unità Tecnico Scientifica - Protezione e Sviluppo dell’Ambiente e del Territorio,Tecnologie Ambientali

Ente di ENEA - Bologna

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appartenenza


Cognome Berico Nome Massimo

Via Via Martiri di Monte Sole 4


BO - BOLOGNA


051.6098132 Fax 051.6098675


- Integrazione di metodologie e strumenti per l'ottimizzazione energetico-ambientale, di sistemi-prodotto e sistemi-servizio e la gestione e pianificazione del territorio; - sviluppo, validazione e applicazione di modelli per la simulazione dell'inquinamento atmosferico, caratterizzazione fisico-chimica del particolato, modellistica della deposizione polmonare; - sviluppo di modelli matematici a simulazione di processo e di sistemi informativi tecnico-territoriali a supporto delle decisioni; - sviluppo tecnologie avanzate per il calcolo scientifico; - sviluppo e gestione di sistemi avanzati di knowledge management per la valorizzazione delle esperienze scientifiche di laboratoristica e di modellistica; - formazione


1. Laboratorio pulito per trattamento di campioni di aerosol

2. Bilancia analitica ± 10µg

3. Microscopio ottico

4. Microscopio elettronico a scansione con microanalisi EDAX

5. 2 impattori inerziali 8 stadi filtro finale (ff) EMS Andrers

6. 1 impattore inerziale LPI 10 stadi Berner-Hauke

7. 1 impattore inerziale 5 stadi + ff EMS Andersen

8. Contatore nuclei di condensazione CNC TSI mod. 3020

9. TSI mod. 3090 EESP (Engine Exhaust Particle Sizer)

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10. DISTIFIT (Chimera TSI) codice fitting lognormale trimodale

11. LUDEP 2 (ICRP 66) modello di calcolo delle deposizioni

12. Software per il calcolo delle penetrazioni dell’aerosol

13. Modelli di simulazione, software statistico

14. Software grafico, sistemi di calcolo e modelli computazionali





1. Berico Massimo Ricercatore Monitoraggio/Analisi delle polveri

4

2. Zanini Gabriele Ricercatore Modellistica e Calcolo

3

3. Bruni Stefania Ricercatore Monitoraggio/Analisi delle polveri

6

4. Monforti Fabio Ricercatore Modellistica e Calcolo

8

5. Mazzeo Michele Ricercatore Modellistica e Calcolo

12

6. Pagnutti Simonetta Ricercatore Modellistica/Remote sensing

4

7. Galli Marcello Ricercatore Modellistica/Remote sensing

2

8. Ferro Gianclaudio Ricercatore Modellistica/Remote sensing

2

Esperienze del proponente nella tematica di riferimento della proposta - Sviluppo del Modello Nazionale MINNI (Modello Integrato Nazionale a supporto della Negoziazione Internazionale sui temi dell'inquinamento atmosferico) per il Ministero dell'Ambiente;

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- Partecipazione al gruppo europeo per l'Armonizzazione dei Modelli di dispersione a scopi regolatori; - Attività di ricerca per il Ministero dell'Ambiente per la riduzione degli IPA e del benzene in area urbana; - Supporto alle amministrazioni locali nella gestione della qualità dell'aria; - Istituto di riferimento principale per la modellistica atmosferica nel sistema dei centri tematici del Sistema APAT-ARPA; - Misure della distribuzione dimensionale della concentrazione in massa del particolato atmosferico in area urbana, in reti di trasporto, in sistemi industriali, in tunnel e in ambienti museali; - Misure della distribuzione dimensionale della concentrazione in massa e in IPA del particolato atmosferico in area urbana e in prossimità di grandi vie di comunicazione (A32 Bardonecchia-Frejus), e dovuto ad emissioni veicolari in tunnel e in atmosfere confinate (Tunnel Ravone-BO); - Misure della distribuzione dimensionale della concentrazione in massa e in contenuto di metalli pesanti del particolato atmosferico, per la caratterizzazione del sito dove sarà installata una Cella a carbonati fusi (attività finanziata da F.N. S.p.A.) - Metodi, procedure e modelli computazionali rivolti alla elaborazione a consuntivo o di simulazione di condizioni atmosferiche in osservazione; - Architetture di rete avanzate per il monitoraggio ambientale urbano; - Architetture di calcolo parallelo, sviluppo e porting di modelli computazionali su architetture di calcolo avanzate. - Certificazione e validazione di laboratori tecnico scientifici di analisi e misura, finalizzati al monitoraggio degli inquinanti in atmosfera. - Criterizzazione di obiettivi di validazione e affidabilità di metodi di misura, modelli e dati per il controllo della qualità dell'aria e del monitoraggio ambientale urbano. - Partecipazione a progetti nazionali e internazionali sulla tematica specifica, ad es. progetto SUPREME (Sistema di sUpporto decisionale per la Previsione di eventi catastrofici e la prevenzione e Mitigazione degli Effetti sui beni ambientali e culturali). Fra le attività previste, è incluso lo sviluppo di un modello per la valutazione dei flussi di deposizione di inquinanti sulle pietre monumentali. - Coordinamento progetto per la caratterizzazione chimico fisica e dimensionale del particolato sul territorio nazionale al fine di discriminare il contributo all’inquinamento atmosferico dovuto ai fenomeni di origine naturale, (Accordo di Programma ENEA-PROT Ministero dell’Ambiente) - Progetto Impiego Catalizzatori Autoveicoli per Mobilità sostenibile (INCAM), Progetto MIUR/FIRB - Realizzazione di uno spettrometro alfa per la misura della distribuzione dimensionale delle concentrazioni individuali in attività della progenie del radon; - Modello di deposizione su superfici e pareti del particolato atmosferico dovuto a diffusione browniana, termoforesi e gravità. - Progetti nel campo dell’Analisi delle interazione fisiche della radiazione a fini diagnostici e per la qualificazione degli apparati di misura sviluppati nell’ambito di iniziative programmatiche di ricerca applicata dell’ESA, ASI e Progetto Antartide.



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1. LITCAR 1

2. LARA 3

Proponente 6

Denominazione DIEM Dipartimento di Ingegneria delle Costruzioni Meccaniche,Nucleari, Aeronautiche e di Metallurgia


Università di Bologna


Cognome Persiani Nome Franco

Via Fontanelle 40

Comune Forlì CAP 47100 Provincia

FC - FORLI'-CESENA


0543 374417

Fax 0543 374477


Il proponente mette a disposizione del Laboratorio le proprie attrezzature e competenze nel settore del Remote Sensing. In particolare si propone di utilizzare i propri aeroplani per attività di monitoraggio dell’aria. Tali velivoli possono essere attrezzati con strumentazione varia, fornita dagli altri componenti del consorzio, al fine di eseguire misurazioni sopra siti di rilevanza ambientale, quali città o aree industriali.Inoltre vi è la possibilità dell’utilizzo di un aeromobile senza pilota a bordo, radioguidato da terra, per campagne di campionamento su siti potenzialmente pericolosi per il pilota.


1. Cessna 337A Super Skymaster monta due motori Continental

2. Piper PA30 Turbo Twin Comanche B

3. Aeroplano automatico UAV Butterfly

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1. Persiani Franco Professore Ordinario

Coordinatore dell'Unità

5

2. Saggiani Gian Marco

Professore Associato

Responsabile attività di volo

6

3. Troiani Enrico Ricercatore Integrazione strumentazione sperimentale sui velivoli

7

4. Bezziccheri Carlo Tecnico Integrazione strumentazione sperimentale sui velivoli

7

Esperienze del proponente nella tematica di riferimento della proposta L’Unità di Forlì ha una esperienza nell’utilizzo di velivoli con e senza pilota per la gestione e realizzazione di missioni scientifiche. In particolare ha già realizzato l’integrazione di apparecchiature elettroniche di nuova concezione per la navigazione e l’avvicinamento automatico. Tali apparecchiature sono state appositamente sviluppate e realizzate presso i laboratori dell’Unità. Anche la fase della loro integrazione sui velivoli è stata gestita internamente. L’Unità presenta anche caratteristica di sviluppo, costruzione e gestione di aeromobili automatici. Varie esperienze sono in corso di realizzazione con partner sia italiani che internazionali. In particolare è da citare il realizzando progetto di monitoraggio delle attività vulcaniche con velivolo derivato dal “Butterfly” sopra citato. In tale attività è previsto l’integrazione a bordo di sensori per la misurazione delle polveri e del S02 nelle vicinanze della bocca del vulcano.




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1. LITCAR (Laboratorio Integrato Tecnologie e Controllo Ambientale nel Ciclo di vita dei Rifiuti)

1

Proponente 7

Denominazione Dipartimento di Fisica – Laboratorio Sensori e Semiconduttori


Università di Ferrara


Cognome Carotta Nome Maria Cristina

Via Paradiso 12

Comune Ferrara CAP 44100 Provincia

FE - FERRARA


0532 974230

Fax 0532 974210


Il Laboratorio Semiconduttori e Sensori dell’ Università di Ferrara è impegnato, da oltre dieci anni, nello Studio e fabbricazione di sensori per gas a base di ossidi semiconduttori nanostrutturati per applicazioni in campo ambientale, agro-alimentare, domestico e industriale. I sensori per il controllo della qualità dell’aria vengono progettati e realizzati per ottenere sensibilità, selettività e affidabilità confrontabili con quelle degli strumenti analitici convenzionali. Le caratteristiche ottenute permettono al dispositivo di essere impiegato in campo, al di là della fattibilità dimostrata a livello di laboratorio. I dispositivi fabbricati sono sottoposti a certificazione ISO 9001-2000. Il nostro Laboratorio infatti, primo fra quelli Universitari Italiani, ha ottenuto nel 2001 la certificazione di qualità ISO 9001-2000.Le attività di ricerca riguardano l’intero processo di realizzazione del dispositivo oltre all’elettronica di controllo del singolo sensore e dell’array per le differenti applicazioni.Un settore fondamentale riguarda la messa a punto di metodi preparativi di polveri nanocristalline di ossidi semiconduttori sempre più sensibili, stabili e selettive con proprietà morfologico-strutturali ben controllate. Lo studio teorico sulle proprietà delle nanostrutture e sui fenomeni di interfaccia gas-semiconduttore è parte integrante della ricerca. Un altro settore riguarda l’integrazione del processo serigrafico con la tecnologia di microlavorazione del silicio cristallino. Una linea completa mirata a tale integrazione è situata in camera pulita, dove vengono eseguiti i processi di LPCVD, fotolitografia e gli attacchi chimici. Tale integrazione ha consentito di ottenere temperature di funzionamento dei sensori di circa 400 °C con ~ 15 mW di potenza dissipata. Un ulteriore settore riguarda lo sviluppo di un “minigascromatografo” in cui sensori sono abbinati a colonne microlavorate su wafer di silicio per la separazione e la rilevazione di tracce di gas.


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1. SENSORI A FILM SPESSO

2. DI water system (Millipore)

3. Bilancia Analitica (Mettler-Toledo)

4. Bagno ultrasonico

5. Mixer mill for powder grinding

6. Screen printing machine SMTECH 100 MV equipped with SMTECH e

7. Muffle furnace (Lenton Furnaces) in controlled atmosphere

8. Wedge Wire Bonding

9. CARATTERIZZAZIONE POLVERI E SENSORI

10. Four systems for electrical characterizations in controlled

11. Camera climatica

12. MFCs and gas controllers

13. CO IR GFC Analyzer

14. Chemiluminescence NOx Analyzer

15. UV Spectrophotometer ozone Analyzer

16. Thermal Differential Analysis(DTA/TG)

17. TEM, AFM, SEM, XRD

18. CHEMBET 3000 TPD/TPR/TPO analyzer for chemiadsorbing and BET

19. Work function measurement

20. Impedance Analyzer (Solartron 1260)

21. Ar-Kr laser (Coherent Innova 70C)

22. Cryostatic chamber (Oxford Instruments)

23. Mask aligner (Karl-Suss MA-56)

26

24. Optical system for photoluminescence spectra

25. Wafer vacuum priming station

26. TRATTAMENTI DEL SILICIO

27. Mask aligner (Karl-Suss MA-56)

28. Hot plate for wafers

29. Wafer vacuum priming station

30. Silicon wet etch reactor

31. Spinner (Semitec)

32. Open tube diffusion oven (ASM LB-35)

33. LPCVD reactor (LP-Thermtech)

34. Rinse & Dry cleaner (Accord)

35. DI water system (Millipore)

36. Infra-Red belt furnace (RTC)

37. UV belt furnace (ARGON)

38. Dicing Saw (DISCO DAD-2H/6)

39. Four point probe

40. Ellipsometer (Gaertner-Plasmos L106B)

41. Hall-Stripper (Biorad)

42. Probe station (Karl-Suss PA5)


nº Cognome Nome Qualifica/Titolo Specifiche tematiche di ricerca Mesi persona complessivamente


27

1. Carotta Maria Cristina

Ricercatore Univ./Dott

Sensori, semiconduttori, scienza dei materiali, sistemi

3

2. Giberti Alessio Assegnista, PhD,Dott

Modelli teorici di funzionamento, sviluppo di algoritmi per la processazione dei segnali

3

3. Piga Marco Assegnista/Dott. Sensoristica ambientale, sistemi, elaborazione dati

3

4. Vendemiati Beatrice Borsista/Dott. Sintesi materiali,caratterizzazioni XRD,SEM,chemisorbimento,BET

3

5. Logallo Francesco Borsista/Ing. Microlavorazione, sistemi 3

6. Zanni Alex Co.Co.Co./Dott. Sistemi, caratterizzazioni elettriche, elaborazione dati

6

Esperienze del proponente nella tematica di riferimento della proposta Riguardo la valutazione della qualità dell’aria, il Laboratorio Sensori e Semiconduttori (LSS) ha maturato grande esperienza nello studio e nella fabbricazione di array di sensori chemoresistivi (basati su ossidi semiconduttori nanostrutturati e fabbricati con tecnologia serigrafica) operando con successo nell’applicazione di questi al monitoraggio dei principali inquinanti atmosferici, CO, NOx e O3. Dal 1997 è attivata una collaborazione con A.R.P.A. – sezione di Ferrara - per studiare il comportamento degli array in campo in confronto con la strumentazione convenzionale. È stata dimostrata la possibilità di misurare le concentrazioni degli inquinanti con un errore limitato; i risultati ottenuti per CO hanno mostrano una precisione (RSDs) di ~ 1% nel range dei ppm. Tali unità di monitoraggio sono di facile installazione, ridotte dimensioni, manutenzione molto ridotta (il controllo è quasi totalmente fattibile da remoto). È stato anche eseguito un esperimento di monitoraggio di gas inquinanti per lo studio del degrado dei monumenti: è stata valutata la distribuzione di CO ed NOx, sia in relazione all’altezza dal suolo che alla topografia stradale. Parallelamente, negli stessi siti è stato studiato anche il materiale aerodisperso in relazione alla concentrazione, morfologia e composizione chimica per identificare le sorgenti e studiarne le modalità di deposizione e di interazione con le superfici lapidee. Presso LSS vengono eseguiti tutti i processi di fabbricazione delle unità di monitoraggio: dalla sintesi degli ossidi semiconduttori nanocristallini, alla deposizione dei layer sensibili, alla caratterizzazione delle polveri e dei film, alla caratterizzazione elettrica degli array in atmosfera controllata, alla progettazione e realizzazione dell’elettronica di gestione degli array. Il processo serigrafico messo a punto presso LSS consente la deposizione sullo stesso substrato, oltre che del film sensibile, dei contatti interdigitati, degli elementi riscaldanti ed elementi per il controllo della temperatura di lavoro del sensore. I supporti possono essere o di materiale ceramico (tipicamente allumina) pretagliato via laser in elementi da 2.5x2.5 mm2 e 0.25 mm di spessore o di silicio microlavorato. Un’apparecchiatura particolarmente sofisticata per la deposizione dei film, dotata di videocamere e controllo elettronico, permette di ottenere dispositivi miniaturizzati, la possibilità di un preciso riposizionamento del substrato nelle fasi di configurazione multistrato e di stampare su membrane di pochi micrometri di spessore di nitruro e ossido di silicio realizzate con la tecnica del micromachining. A fronte degli eccellenti risultati ottenuti attraverso prolungate sperimentazioni in campo, è stato costituito nel 2000 uno spin-off universitario (UniTec srl) per l’industrializzazione e

28

commercializzazione di una prima unità di rilevazione di CO, NOx e O3. Tale azienda è partecipata dall’Università di Ferrara per il 24% e dalla Cassa di Risparmio di Ferrara per il 14%. Lo studio e l’impiego di sensori a stato solido per gas ha riguardato anche altre applicazioni, quali per esempio l’agro-alimentare, il domestico e l’industriale. LSS ha realizzato specifici progetti (molti europei), alcuni in corso di realizzazione, sulle tematiche elencate. Di seguito sono elencati i principali titoli: Project funded by the European Community: SOLID STATE SENSORS TO DETECT ETHANOL AND ETHYLENE GIVEN OFF BY HORTICULTURAL PRODUCTS IN STORAGE AND RIPENING CHAMBERS. Project funded by the European Community: SOLID STATE SENSORS FOR CO AND NOx MEASUREMENTS INSIDE INDUSTRIAL AND/OR DOMESTIC FLUES Project funded by the European Community: MINIATURISED GAS CHROMATOGRAPHIC ANALYSIS SYSTEM BASED ON MICROMACHINED SILICON AND METAL OXIDE SEMICONDUCTOR Progetto nazionale di ricerca finanziato dal MIUR: STUDIO, SVILUPPO ED APPLICAZIONE DI SISTEMI BASATI SU SENSORI ED ANALIZZATORI INNOVATIVI PER L'ANALISI DELLA QUALITÀ DELL'ARIA ED IL TRASFERIMENTO DE...




1. Super&man 2

2. MISTER 3

3. ERG 4

4. LAV 5

Proponente 8

Denominazione

Dipartimento di Scienze Ambientali


Università degli Studi di Parma


29

Cognome Mastri Nome Elena

Via Parco Area delle Scienze

Comune Parma CAP 43100 Provincia

PZ - POTENZA


0521905687 Fax 0521905665


Monitoraggio di agenti inquinanti nell’atmosfera attraverso sistemi biologici e bioingegnerizzati e di metodologie analitiche avanzate - Biosensori per il monitoraggio di inquinanti inorganici e organici - Biosensori per il monitoraggio del particolato atmosferico - Biosensori per il monitoraggio degli effetti tossici e genotossici degli inquinanti ambientali - Utilizzazione di organismi bioingegnerizzati per il monitoraggio di inquinanti nell’aria (es. metalli pesanti o altro)


1. Spettrometria di massa

2. NMR

3. SEM/EDX

4. Gas cromatografia

5. Spettrometro di Assorbimento Atomico

6. Proteolab per analisi proteomiche

7. Sequenziatore automatico di acidi nucleici

8. Stazione automatizzata per analisi molecolari

9. RealTime PCR multiplex

10. RealTime PCR

11. InstantImager per rilevazione radioisotopi

Elenco dei componenti del gruppo di ricerca coinvolti nell'attività del Laboratorio 30


ricerca



1. Maestri Elena Professore Associato

Analisi chimiche e genetiche

3

2. Malcevschi Alessio Ricercatore Confermato

Analisi proteomiche

2

3. Marmiroli Marta Assegnista di Ricerca

Analisi chimiche e fisiche

6

4. Borciani Federica Collaboratore Analisi chimiche 5

5. Pirondini Andrea Dottorando di Ricerca

Analisi chimiche, fisiche e genetiche

12

Esperienze del proponente nella tematica di riferimento della proposta Il gruppo proponente ha studiato per diversi anni l’interazione tra organismi vegetali e contaminanti ambientali in situazioni sia di laboratorio che di campo, collaborando con enti pubblici e privati, in tre linee principali di ricerca. 1. Analisi degli effetti genotossici di inquinanti ambientali. Individui della pianta modello Arabidopsis thaliana sono stati esposti in diversi punti della città di Parma (zone ad alta densità di traffico, inceneritore di rifiuti) per monitorare gli effetti dell’inquinamento atmosferico sulla struttura genetica. A intervalli prestabiliti è stato estratto il DNA dalle piante esposte e sono stati evidenziati, mediante marcatori molecolari di tipo RAPD e microsatelliti, polimorfismi genetici indotti nel corso dell’esposizione. In confronto a piante non esposte, il numero di polimorfismi evidenziabile nelle piante esposte aumentava in funzione della durata dell’esposizione. 2. Analisi dell’accumulo di inquinanti inorganici in tessuti vegetali. Tecniche analitiche fisiche e chimiche sono state impiegate per descrivere e per quantificare la distribuzione elementare nei tessuti di piante esposte ad alte concentrazioni di metalli pesanti. La microanalisi con microscopia a scansione (SEM/EDX) e la microfluorescenza con luce di sincrotrone hanno consentito, ad esempio, di identificare i siti di accumulo di piombo in radici di noce e di accumulo di nichel nei tricomi di Alyssum bertolonii. 3. Costruzione di piante bioingegnerizzate per il rilevamento della presenza di metalli pesanti. In piante di tabacco è stato inserito un costrutto contenente un gene reporter sotto controllo di un promotore genico di orzo che comprende elementi di risposta ai metalli pesanti. In presenza di metalli pesanti, come Zn o Ni, nelle cellule del biosensore si attiva il promotore del costrutto che stimola la trascrizione del gene reporter, il quale viene espresso portando alla produzione di un enzima la cui presenza può essere evidenziata mediante comparsa di composti colorati. L’intensità della risposta è proporzionale alla severità dello stress, quindi alla concentrazione dell’inquinante e alla durata del trattamento. I risultati delle ricerche sono testimoniati in pubblicazioni, partecipazioni a congressi e rendiconti presentati agli enti finanziatori. Approcci simili a quelli descritti possono essere applicati all’interno del Laboratorio LaRIA. Il gruppo partecipa inoltre al Consorzio Interuniversitario per le Scienze Ambientali (CINSA), con sede a Venezia, che riunisce notevoli competenze multidisciplinari nel campo delle analisi ambientali.

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1. SIQUAL 1

Proponente 9

Denominazione

ARS – Atmospheric Remote Sensing - Bologna


Carlo Gavazzi Space


Cognome Di Nicolantonio Nome Walter

Via Gobetti, 101


BO - BOLOGNA


051-6398097

Fax 051-6398413


- Analisi di misure satellitari per la determinazione delle proprietà degli aerosol e rilevamento di eventi particolarmente importanti. Questa attività è focalizzata sulla caratterizzazione delle polidispersioni di particelle di aerosol presenti in atmosfera. Più specificamente si utilizzano dati Livello2-MODIS per la determinazione delle proprietà radiative (spessore ottico e parametri di torbidità) dell'aerosol. Inoltre viene usata una combinazione di dati dai canali del Seviri (Meteosat), nel visibile (VIS 0.6 micron; HRV) e nell'infrarosso (IR10.8 micron), per il monitoraggio di eventi aerosolici importanti quali biomassa che brucia e sabbia desertica. - Stima della qualità dell'aria nel PBL (PM10; PM2.5). Recentemente è stata data enfasi all'uso delle misure satellitari per il monitoraggio della Qualità dell'Aria. In questo contesto i proponenti intendono impiegare degli algoritmi che forniscono informazioni sullo spessore ottico dell'aerosol (vedere attività precedente)

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per valutare il contenuto di materiale particolato (PM) nello Strato di Rimescolamento dell’atmosfera. E' possibile infatti correlare empiricamente questi due parametri ed ottenere stime quantitative in forma di mappe al suolo di contenuti di PM10 e PM2.5.


1. Modelli di trasferimento radiativo: Modtran; Lidort; Disort;

2. Stazione acquisizione dati Terascan

3. Sistemi per acquisizione ed elaborazione dati satellitari

4. 2 SUN Ultrasparc a 4 processori

5. 3 ALPHA a 2 processori

6. 8 SUN Ultrasparc a 1 processore

7. 12 PC x86 Linux Slackware 8.1

8. 3 laptop Windows/Linux



ricerca



1. Di Nicolantonio

Walter Ricercatore Algoritmi per Remote Sensing

3

2. Ballista Giovanni Ricercatore Processamento dati e sviluppo software

1

3. Scarpanti Stefano Ricercatore Processamento dati e sviluppo software

2

Esperienze del proponente nella tematica di riferimento della proposta Sviluppo di modelli e ricerca di soluzioni analitiche approssimate dell’equazione del trasferimento radiativo in atmosfera. Sviluppo e ottimizzazione di algoritmi e implementazione di codici per il processamento dei dati di

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livello 1 e 2 degli strumenti GOME su ERS2 e SCIAMACHY su ENVISAT, per ottenere informazioni sulle proprietà ottiche degli aerosol atmosferici e delle nubi. Analisi orbitale della missione del piccolo satellite FOURIER nell’ambito di un progetto della Agenzia Spaziale Italiana (ASI). Coordinamento dei lavori dell'Unita' Operativa CGS nei progetti MOGAT e GASTRAN dell'ASI. Coordinamento di attività della CGS per il progetto TEMIS (Tropospheric Emission Monitoring Internet Service) nell'ambito del Data User Programme dell'Agenzia Spaziale Europea. Il gruppo proponente partecipa a : -Data User Programme, finanziato dalla Agenzia Spaziale Europea, al quale la Carlo Gavazzi Space partecipa con vari progetti, fra i quali il progetto TEMIS, direttamente collegato alla attività di ricerca proposta . -Programma di Osservazione della Terra della Agenzia Spaziale Italiana al quale la Carlo Gavazzi Space partecipa, fra gli altri, attraverso il progetto GASTRAN. Di seguito vengono brevemente riassunti. TEMIS - Tropospheric Emission Monitoring Internet Service - ha lo scopo di realizzare un servizio informativo via WEB delle concentrazioni di tracce di gas e aerosol presenti in troposfera derivate dalle osservazioni di strumenti a bordo del nuovo satellite europeo per l’osservazione della terra ENVISAT, fra i quali SCIAMACHY e AATSR. Al progetto partecipano l’Istituto di Meteorologia Olandese (KNMI), l’Istituto di Aeronomia Spaziale Belga (BIRA-IASB) e l’Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima del CNR (ISAC). Il collegamento fra il progetto di ricerca che proponiamo e il TEMIS e’ di notevole importanza perché, tra i vari servizi via web vi e’ quello di monitoraggio dei gai inquinanti relativi ai protocolli di Kyoto e Montreal. GASTRAN - La Carlo Gavazzi Space partecipa anche al progetto dell’Agenzia Spaziale Italiana GASTRAN (Aerosol, clouds and trace gases retrieval using ERS2 and ENVISAT satellites) in collaborazione con 3 gruppi di ricerca dell’ISAC e uno dell’Universita’ di Modena. Il risultato di questo progetto e’ di realizzare una metodologia per lo studio degli aerosol atmosferici e delle nubi mediante l’uso combinato di strumenti posti a terra e strumenti che osservano l’atmosfera dallo spazio, nonchè l’implementazione di un software per produrre mappe globali di aerosol e nubi.




1. MIST-ER 1

Proponente 10

Denominazione Fondazione G. Marconi


Fondazione G. Marconi

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Cognome Falciasecca Nome Gabriele

Via Celestini 1

Comune Sasso Marconi

CAP 40044 Provincia

BO - BOLOGNA


051-846121

Fax 051-846951


Sistemi di trasmissione dati “wireless” mono e/o bidirezionali per la comunicazione fra varie unità, anche mobili, di un sistema integrato di strumenti


1. Workstations Unix

2. Reti di PC

3. Strumenti per la misurazione di campo e.m.

4. Strumenti di misura a larga banda



ricerca



1. Contrattista da assumere

Laurea in Ingegneria elettronica

Tecniche di trasmissione dati via wireless

10

2. Barisani Alberto Tecnico Tecniche di propagazione onde e.m.

5

Esperienze del proponente nella tematica di riferimento della proposta

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La Fondazione Guglielmo Marconi promuove la ricerca nel campo delle telecomunicazioni e intraprende iniziative rivolte alla conoscenza e alla diffusione dell'attività scientifica di Guglielmo Marconi. Per quanto riguarda l’attività di ricerca, essa viene sviluppata nel centro di ricerca di Villa Griffone, nel quale operano ricercatori del Dipartimento di Elettronica, Informatica e Sistemistica dell’Università di Bologna, della Fondazione Ugo Bordoni e del Consorzio Elettra 2000 oltre che della Fondazione Marconi. In questo ambito vengono sviluppati diversi progetti, anche in collaborazione con aziende private ed enti pubblici. L’attività è principalmente orientata a sistemi radio, sia con terminali in movimento (sistemi radiomobili) che con terminali fissi (sistemi d’area, punto-punto, punto-multipunto). L’attenzione è rivolta sia agli aspetti propagativi che agli aspetti sistemistici che alla valutazione dell'esposizione della popolazione ai campi elettromagnetici. Principali temi di ricerca Sistemi radiomobili: · Studi di propagazione radio e definizione di modelli per la propagazione (outdoor e indoor) · Valutazione delle prestazioni di sistemi radiomobili di seconda e terza generazione · Studio dei criteri di posizionamento dei siti e sulle opportunità offerte dalla condivisione dei siti fra più operatori · Caratterizzazione dei livelli di campo nelle vicinanze dei siti trasmittenti ai fini della valutazione dei livelli di esposizione e del calcolo dei relativi volumi di rispetto · Monitoraggio e misure volte a valutare i livelli di esposizione della popolazione a campi elettromagnetici · Studio e definizione di modelli di propagazione per la valutazione di copertura nei sistemi radiomobili di terza generazione (UMTS) Sistemi radio fissi · Studio della propagazione e valutazione delle prestazioni per sistemi punto-multipunto · Studi di copertura e criteri di dimensionamento di sistemi Wireless LAN · Criteri di pianificazione e dimensionamento del sistema di televisione digitale terrestre (DVB - Digital Video Broadcast)




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PARTE 2 - DESCRIZIONE DELLA PROPOSTA

2.1 Motivazioni che stanno alla base della proposta di Laboratorio L’enorme crescita delle attività umane ha provocato un incremento nell’emissione di sostanze inquinanti in atmosfera che possono avere una ricaduta sulla salute e sul benessere della popolazione ed interagire con i processi di cambiamenti climatici. I numerosi sforzi sino ad ora compiuti per il controllo dell’inquinamento atmosferico nelle aree urbane, dimostrano spesso evidenti limiti di sostenibilità tecnica ed economica, che sarebbero inoltre estremamente dilatati nell’ipotesi di volere estendere l’area di controllo su superfici ben più vaste di quelle monitorate attualmente. Inoltre, anche mantenendo il controllo della Qualità dell’Aria confinato soltanto alle grandi città, i costi sempre crescenti di installazione e di mantenimento di una rete urbana di analizzatori, impongono di ridefinire sia gli aspetti tecnici che metodologici alla base di questo servizio. Le reti di analizzatori di controllo della Qualità dell’Aria sono operative in piccole aree rispetto a tutto il territorio regionale, e anche se l’impiego della modellistica diffusionale a 2 o 3 dimensioni può fornire una distribuzione degli inquinanti su tutto il territorio, va ricordato che allo stato attuale questi metodi non sono utilizzati in modo sistematico. Per quanto riguarda il monitoraggio delle polveri sospese, il sistema attuale di rilevazione, basato su tecniche ponderali, non può tener conto del contributo delle particelle più piccole. Tali frazioni, oltre a rivestire un ruolo decisivo nell’esposizione della popolazione, sono anche ascrivibili a diverse tipologie di sorgenti: in generale, la frazione tra PM10-PM2.5 può essere imputata ad emissioni industriali, sollevamento eolico o trasporto di polveri africane, mentre la frazione PM2.5 è dovuta essenzialmente al traffico. Infine il monitoraggio della frazione PM1 potrebbe evidenziare le più recenti indicazioni epidemiologiche sugli effetti sanitari delle particelle aventi diametri molto piccoli. Pur riconoscendo che la Qualità dell’Aria con i sistemi attuali di controllo non é monitorata in modo adeguato, ipotizzare un impiego massiccio di analizzatori tradizionali comporterebbe un costo economico eccessivamente elevato e non sostenibile dalla collettività. Neppure l’ausilio dei dati dei satelliti che studiano i componenti minori dell’atmosfera potrebbe essere di aiuto, poiché questi dati sono oggi prevalentemente usati per studi di carattere climatico in stratosfera e non per indagini di tipo ambientale nella bassa troposfera. Si può pertanto affermare che qualsiasi azione di rinnovamento nel campo dell’Analisi e del Controllo della Qualità dell’Aria, che cerca anche di privilegiare soluzioni economicamente più vantaggiose, richiederà un forte coinvolgimento ed una forte integrazione fra le attività delle istituzioni scientifiche coinvolte (Università ed enti di Ricerca), delle industrie e dei settori degli enti pubblici (con particolare riferimento agli enti locali) preposti al monitoraggio ed al controllo della qualità dell’aria. Si dovrà constatare che l’Analisi ed il Controllo della Qualità dell’Aria si trova ancora in una fase relativamente giovane, specialmente in Italia, dove la costituzione di tale Servizio su scala nazionale è piuttosto recente. Sarebbe dunque auspicabile, nei prossimi anni, estendere il controllo dei componenti minori dell’atmosfera su superfici del territorio più vaste fino ad arrivare, come obiettivo finale, all’intero territorio nazionale, con una definizione tridimensionale all’interno dello strato di rimescolamento ed un’alta risoluzione spaziale.

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2.2 Obiettivi scientifici Ciò premesso, l’obiettivo principale di LaRIA (Laboratorio Regionale per l’Innovazione nel controllo della Qualità dell’Aria) è quello di imprimere un forte impulso nello sviluppo di nuova strumentazione (sia analizzatori a stato solido di dimensioni contenute, sia sistemi a remote sensing), e di nuove metodologie di analisi e modellazione degli inquinanti atmosferici. Si propone, quindi, la realizzazione di un Laboratorio a rete in cui siano intergrate risorse strumentali, metodologiche, analitiche e di modellazione in grado di fornire un contributo originale tale da soddisfare le richieste precedentemente indicate. Il Laboratorio LaRIA prevederà anche campagne mirate e la realizzazione di una struttura comune con lo scopo di verificare e validare la strumentazione e le metodologie innovative proposte, che possano certificare i risultati conseguiti prima di procedere ad un loro rapido trasferimento applicativo. Queste campagne di validazione saranno composte da personale misto ricerca-università e industria-enti di controllo, al fine di avere una completa concordanza nei risultati ottenuti. Per rispondere all’esigenza di costituire un punto di riferimento per le pubbliche amministrazioni e per le aziende, nel campo del controllo della Qualità dell’Aria, e per meglio indirizzare la priorità tematica del PRIITT “Sviluppo sostenibile e cambiamento dell’ecosistema”, il progetto è articolato in tre sottoprogetti: 1- Sensoristica (gas e polveri), 2- Remote Sensing, 3- Modellistica e Calcolo. Le ricadute sulle PMI, sulle amministrazioni locali e sugli enti di controllo, che formano un consistente numero di società sostenitrici il progetto, si esplicheranno principalmente attraverso tre linee trasversali: Monitoraggio, Formazione e Certificazione In particolare, le motivazioni scientifiche alla base dei tre sottoprogetti sono: 1- Sensoristica (gas e polveri). Nel campo della sensoristica per i gas il progetto intende sviluppare sensori a stato solido per applicazioni ambientali, che presentino caratteristiche estremamente vantaggiose quali: il semplice impiego, la facile installazione, il minimo ingombro, il basso costo e l’idoneità per un monitoraggio in continuo. Gli obiettivi scientifici si possono riassumere nei seguenti punti: - Sviluppo di sensori a stato solido basati su ossidi semiconduttori nanostrutturati per la rilevazione di inquinanti atmosferici quali, CO, NOx, O3, SO2, NH3 e VOC. In particolare: i) sensori basati su ossidi metallici semiconduttori depositati per RGTO (Rheotaxial Growth and Thermal Oxidation) su membrane di silicio microlavorato; ii) sensori basati su polveri di ossidi semiconduttori nanocristallini e depositati con tecnologia serigrafica su substrati ceramici miniaturizzati; iii) sensori depositati con una tecnica di deposizione di recentissimo sviluppo basati su cristalli di dimensioni nanometriche (nanofili, nanobelts, nanorods, ...) di ossidi metallici (Sn, In, Mo, ...). - Realizzazione di prototipi a livello pre-industriale di sistemi micro-gas-cromatografici innovativi per la rilevazione di Benzene, Toluene, Etilbenzene e Xilene (BTEX) in tracce, basati su micro-colonnine impaccate, abbinate ad un sensore a stato solido utilizzato come detector. - Sviluppo di unità di monitoraggio per la rilevazione di CO, NOx ed O3 con caratteristiche di sensibilità, selettività e affidabilità confrontabili con quelle degli strumenti analitici convenzionali. - Utilizzo di sistemi di trasmissione “wireless” mono e/o bidirezionali (GSM, GPRS, UMTS, TETRA, BLUETOOTH) per la comunicazione fra le varie unità di campionamento ed un centro di elaborazione remoto eventualmente connesso ad una rete tradizionale - Test di validazione in laboratorio ed in campo (utilizzando anche il sistema VaReSE) delle unità di monitoraggio precedentemente indicate, al fine di confrontare la sensibilità, la selettività e l’affidabilità rispetto agli analizzatori convenzionali.

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-.Utilizzo di sistemi di trasmissione “wireless” mono e/o bidirezionali (GSM, GPRS, UMTS, TETRA, BLUETOOTH) per la comunicazione fra le varie Unità Integrate di campionamento ed un centro di elaborazione remoto eventualmente connesso ad una rete tradizionale - Studio di sistemi a stato solido a basso costo per l’analisi della qualità dell’aria in ambienti confinati (indoor). Per il possibile impiego di questi rilevatori, va ricordato che, in sede regionale, l’area “indoor” è di pertinenza dell’Assessorato Sanità. Si prevede che in futuro questi misuratori di gas estremamente compatti potranno trovare applicazione anche in campo automobilistico. - Sviluppo di strategie per il monitoraggio qualitativo (bioindicazione) e quantitativo (biomonitoraggio) di sostanze inquinanti organiche in atmosfera mediante la rilevazione in tessuti di piante superiori (biosensori). - Messa a punto di opportuni sistemi di biosensori da posizionare in siti urbani per il monitoraggio biologico, da affiancare alle tradizionali centraline. - Rilevazione degli effetti genotossici di VOC e SVOC su piante modello esposte per periodi variabili all’inquinamento atmosferico e correlazione con la durata dell’esposizione. Per quanto riguarda le polveri ambientali (aerosol) LaRIA intende contribuire mediante lo sviluppo di strumentazione e metodologie, rivolte alla loro caratterizzazione approfondita in termini di distribuzione dimensionale e proprietà chimico-fisiche. In particolare gli obiettivi scientifici sono: - sviluppo di un dispositivo per il monitoraggio simultaneo in tempo reale (con un sensore ottico) delle frazioni PM10, PM2.5 e PM1 delle polveri sospese nell’aria. Il dispositivo di misura proposto, di concezione completamente nuova rispetto a quelli attualmente in uso, ha già fornito, nei prototipi realizzati in laboratorio, misure precise ed affidabili nel tempo. Inoltre, presenta un ingombro così ridotto, da poter essere posizionato su mezzi mobili in modo da monitorare il particolato direttamente lungo le strade, fornendo così indicazioni più precise sugli effetti degli interventi di limitazione al traffico o variazioni alla viabilità che le amministrazioni attualmente adottano. - Sviluppo di metodologie per la determinazione delle caratteristiche ottiche del particolato attraverso l’uso del nefelometro e del PSAP. Tali rapporti offrono indicazioni sul contributo al carico aerosolico, complementari a quelle attualmente ottenute attraverso le tradizionali analisi chimiche. - Messa a punto di una metodologia per la caratterizzazione dei flussi verticali turbolenti di calore, gas e particolato. Tale metodologia può fornire indicazioni sulla provenienza locale o meno degli inquinanti monitorati e caratterizzare meglio la canopy urbana. Troverà, inoltre, applicazione nella caratterizzazione delle emissioni da sorgenti areali, come nel caso di discariche di rifiuti. Infine, come esempio di risultati applicativi, trasferibili ad Enti di controllo, si fa notare che strumenti simili potrebbero agevolmente rilevare l’incidenza nel superamento dei valori di concentrazione giornalieri di PM10 dovuto alle polveri provenienti dal Sahara (Sahara dust). E’ noto infatti che a partire dal 1 gennaio 2005 la normativa prevedrà al massimo 35 giorni/anno di superamenti della soglia di 50 mg/m^3 di PM10 giornalieri. L’ultimo obiettivo, non certo per la sua possibilità di ottenere ottimi riscontri nel campo del trasferimento industriale, è lo sviluppo di un unico sistema autosufficiente (detto Sistema Integrato), composto da una parte dei sensori proposti per l’analisi “completa” della Qualità dell’Aria outdoor (CO, NOx, O3, BTEX, polveri) con la condivisione della componentistica comune (alimentazione, case, elettronica di gestione, sistema di immagazzinamento e trasmissione dati, ecc.). Tale Sistema Integrato potrà essere collocato in tutte quelle postazioni che possano presentare diversità rispetto alla normale dispersione degli inquinanti atmosferici, come per esempio incroci con semaforo o rotonde, tunnel, strade ad alta densità di traffico e, per la sua piccola dimensione, potrà anche essere utilizzato in ambienti non accessibili alla strumentazione attualmente disponibile (che richiede inoltre locali condizionati, bombole esterne, interventi di manutenzione frequenti, ecc.), consentendo quindi il controllo ambientale nei centri storici e in siti in cui sono presenti patrimoni storici ed artistici da tutelare.

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Anche il monitoraggio biologico può aggiungere informazioni indispensabili per la gestione dei dati ambientali poiché le indicazioni sugli effetti biologici sono riferite a sistemi viventi che mostrano, rispetto al rapporto con gli inquinanti, gli stessi meccanismi che sono alla base della risposta riscontrabile nell’uomo. 2- Remote Sensing Con il sottoprogetto Remote Sensing si intende favorire l’impiego del telerilevamento da terra e da aereo, integrandolo con l’interpretazione dei dati satellitari, al fine di ricavare, all’interno dello strato di rimescolamento atmosferico, la distribuzione spaziale degli inquinanti (gas e particelle). A tale scopo si propone una nuova generazione di telerilevatori e metodiche di misura, entrambi di concezione originale, con enormi potenzialità d’impiego, come ad esempio la possibilità di ricavare la distribuzione verticale degli aerosol divisi in tre classi dimensionali o la tomografia degli inquinanti gassosi che possono consentire il controllo della Qualità dell’Aria a scale ben più vaste di quella urbana. Il telerilevamento da satellite ha ampiamente mostrato le sue potenzialità: permette di mettere in evidenza, ad esempio, la presenza di sostanze inquinanti dannose per la salute sia di tipo particolato come i PM10 e i PM2.5, che gassoso, come l’NO2 e la formaldeide, e costituisce un ottimo supporto ai modelli di dispersione degli inquinanti. Vanno sviluppate metodiche d’uso agevoli e validate: è questo che si intende proporre. Inoltre, per indagini di tipo ambientale in aree urbane e industriali va sempre più estendendosi l’impiego di sistemi spettrometrici a remote sensing in configurazione “attiva”, che cioè usano come sorgente di radiazione quella artificiale proveniente da un proiettore. Simili configurazioni di sistemi di telerilevazione lungo percorso orizzontali possono trovare una collocazione all’interno di una rete tradizionale di analizzatori puntuali e fornire un valore aggiunto alle rilevazioni, poiché consentono la stima della variabilità spazio-temporale delle concentrazioni. Recentemente si sta sviluppando un impiego, non convenzionale, di sistemi a remote sensing in configurazione “passiva” (avvalendosi cioè, come sorgente, della radiazione solare diffusa raccolta lungo la traiettoria di osservazione dello strumento) per ricavare all’interno dello strato di rimescolamento la distribuzione a 2 e a 3 dimensioni degli inquinanti gassosi. Tale metodologia, detta anche “tomografia” degli inquinanti, è realizzata attraverso una serie di telemisure lungo diversi angoli zenitali operate da postazioni mobili a terra o su piattaforme aeree. Il grande vantaggio di questa nuova metodologia, che ha ottenuto recentemente notevole rilevanza anche a livello internazionale, è dato dalla possibilità di effettuare rilevazioni spaziali dei valori di concentrazione degli inquinanti gassosi, cosa che non è altrimenti realizzabile avvalendosi di analizzatori puntuali a terra o su aerei. L’impiego di un mini LIDAR a 3 lunghezze d’onda, anch’esso montato su un mezzo mobile o aereo, consente la caratterizzazione verticale in 3 classi dimensionali (PM1, PM2.5 e PM10) degli aerosol. La combinazione di queste due strumentazioni (spettrometro e mini LIDAR) sullo stesso aereo o mezzo mobile permetterà quindi di parametrizzare la distribuzione degli inquinanti atmosferici all’interno dello strato di rimescolamento su vaste porzioni del territorio in tempi relativamente rapidi ed è il metodo più avanzato di ricerca che si sta proponendo a livello internazionale nel settore del controllo della Qualità dell’Aria su vaste aree. Gli obiettivi scientifici della presente linea tematica sono: - Studio dell’integrazione tra sistemi di analizzatori tradizionali e sistemi a remote sensing per misure orizzontali di concentrazioni di gas al suolo (O3, NO2, SO2, BTX , Formaldeide ed altri). - Analisi di dati da satellite (SCIAMACHY) per la definizione del contenuto colonnare nella bassa troposfera e per la stima delle concentrazioni al suolo di O3, SO2, NO2, Formaldeide. - Individuazione di strumenti e metodologie per la stima del contenuto di PM alla superficie da

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misure satellitari. - Sviluppo di strumentazione DOAS di tipo innovativo in configurazione Multi Asse (MA) finalizzata alla ricostruzione tomografica degli inquinanti gassosi da terra. - Sviluppo di metodologie di analisi dati per ricavare distribuzioni multidimensionali di gas da misure DOAS MA. - Realizzazione di strumentazione DOAS e mini LIDAR per uso da piattaforma aerea, finalizzata alla misura bidimensionale di concentrazioni di gas (O3, SO2, NO2, Formaldeide) e polveri. - Sviluppo di metodologie di analisi dati per ricavare distribuzioni multidimensionali di gas da misure DOAS e LIDAR da aereo. - Modellistica di trasferimento radiativo a scattering multiplo da interfacciare ai metodi di analisi tomografica multidimensionali. - Studio di applicazioni dedicate da fornire all’utilizzatore come possibile impiego congiunto dei prodotti realizzati: mappatura delle aree a rischio e Valutazione di Impatto Ambientale (VIA). - Impiego di tecniche di trasmissione dati “wireless” mono e/o bidirezionali per la comunicazione fra i mezzi mobili, ed aerei attrezzati, con un centro raccolta dati, eventualmente connesso con la rete tradizionale, al fine di produrre mapping di inquinanti quasi in tempo reale. 3- Modellistica e Calcolo I fenomeni che governano il trasporto e la diffusione degli inquinanti in atmosfera sono numerosi e di una complessità tale che non è possibile descriverli senza l'utilizzo di una appropriata modellazione. Infatti la modellistica diffusionale è fortemente influenzata dalle caratteristiche, sia meteorologiche che orografiche del sito in esame, come pure da quelle dovute alla distribuzione, alle dimensioni e all’intensità delle sorgenti di emissione. Le più recenti proposte in tema di monitoraggio ambientale urbano tendono a limitare o a ridurre sempre più i punti di misura nelle reti tradizionali a vantaggio della modellistica nella valutazione degli inquinanti in atmosfera. In questi ultimi anni, si è aperta la possibilità di sviluppare modelli di dispersione di inquinanti in atmosfera che utilizzano parametrizzazioni dello strato limite atmosferico (SLA) più corrette che nel recente passato. Ad esempio, le tecniche proposte per il calcolo della stabilità atmosferica (basate sulla misura della velocità del vento, della temperatura dell’aria, della radiazione netta e della turbolenza), offrono una migliore definizione rispetto alle tecniche precedenti (che utilizzavano le classi di Pasquill-Gifford). Esse permettono inoltre di calcolare altri parametri utili alla fenomenologia della dispersione e ad altri campi (agrometeorologia). E' noto che in Italia non vi è alcun modello ufficialmente etichettato come "normativo" dagli enti a ciò preposti, sia a livello nazionale che regionale. Inoltre, non è stata definita una procedura "standard" di valutazione delle prestazioni dei modelli. E' evidente quindi la necessità di avviare delle azioni che portino all'impostazione di una procedura approvata dalla comunità scientifica e di fatto realizzabile, che fornisca un giudizio sulle prestazioni dei modelli e sulla loro applicabilità. Infatti, un corretto utilizzo dei modelli di trasporto e diffusione in atmosfera non può prescindere da uno studio sulla loro capacità di rappresentare in modo ottimale situazioni reali: occorre verificare l'attendibilità dei modelli utilizzati tenendo conto degli scenari topografici e meteorologici propri dell'area presa in esame. E’ per questo che campagne di misura atte a testare un modello in una determinata area sono ritenute indispensabili. D’altro canto, in assenza di precise indicazioni, le valutazioni di impatto ambientale di impianti industriali sono eseguite applicando, a volte acriticamente, modelli non testati per l’area in esame e utilizzando dati meteorologici ricavati da postazioni non rappresentative (ad esempio lontane dal luogo di insediamento in esame). Il combinato di queste assunzioni conduce spesso a valutazioni tutt’altro che realistiche. Di solito una rete per il rilevamento della qualità dell'aria di per sé non fornisce informazione in quantità sufficiente per la “validazione” di un modello: il numero di punti e la tipologia delle misure, sia dei parametri chimici che di quelli meteorologici, non è generalmente tale da permettere

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una copertura capillare del territorio necessaria per garantire la completezza della informazione richiesta nella verifica di modelli. Ciò è perfettamente comprensibile, in quanto nella concezione di una rete che deve funzionare stabilmente sul territorio si tende a minimizzare il numero di punti di misura con il risultato di mettere in rilievo più l'andamento temporale delle concentrazioni che la loro distribuzione spaziale.

In generale una rete di rilevamento può contribuire alla “validazione” di modelli se opportunamente integrata con altri sensori durante campagne intensive di misura organizzate a tale scopo. In tal senso, la strumentazione proposta nei due precedenti sottoprogetti di LaRIA, risulterà di estrema utilità nella procedura di validazione di un modello diffusionale. Infatti, i Sistemi Integrati di analizzatori, di dimensioni ridotte e di facile operatività, potranno rinforzare il numero delle stazioni fisse di una rete. Allo stesso modo, le misure ricavate dai sistemi a remote sensing, installati su mezzi mobili o aerei, potranno fornire un’informazione tridimensionale sulla distribuzione degli inquinanti all’interno dello strato di rimescolamento, di estrema utilità per tarare un modello tridimensionale, specialmente se fotochimico, in una determinata area. E’ questo tipo di integrazione il filo conduttore nell’azione sinergica fra i tre sottoprogetti del Laboratorio LaRIA. Per usare una modellistica computazionale in un modo scientificamente corretto ed innovativo, il presente sottoprogetto propone i seguenti obiettivi: - sviluppare algoritmi e modelli computazionali operativi più efficienti e di più facile utilizzo, in coerenza con i principi introdotti, in materia di software, dal paradigma dell’Open Source; - implementare un modello di gestione delle conoscenze (knowledge management) a supporto dello sviluppo e valorizzazione delle esperienze di modellistica e monitoraggio ambientale del Laboratorio; - realizzare un sistema funzionale permanente per la validazione della modellistica nel campo della dispersione di inquinanti in atmosfera, del monitoraggio ambientale e in diversi ambiti (valutazione di impatto, rischi industriali, valutazione di scenario, appoggio alle politiche di contenimento delle emissioni), così da poter definire contributi normativi di certificazione, ivi compresa una potenziale e crescente programmoteca di modelli e dati; - favorire il trasferimento tecnologico e formativo attraverso l'esercizio delle previste attività di caratterizzazione e validazione di modelli e dati ambientali.

2.2 Obiettivi operativi Diversi saranno gli obiettivi realizzativi proposti da LaRIA. Prima di elencarli secondo l’articolazione nei tre sottoprogetti, si anticipano tre possibili traguardi di rilevanza nazionale dell’intero progetto: - la realizzazione, in congiunzione con le Regioni Emilia-Romagna e Lombardia, ARPA-ER e ARPA-L, l’Università La Bicocca di Milano e il DIEM dell’Università di Bologna, ISAC e LaRIA (quest’ultimo come elemento coordinatore dell’intero progetto), di un aereo attrezzato con strumentazione a remote sensing, analizzatori a stato solido e campionatori per la caratterizzazione verticale degli inquinanti (gas e particelle) all’interno dello strato di rimescolamento; - l’istituzione, con il contributo della Provincia di Forlì e Cesena e del Ministero dell’Istruzione, di un Museo Didattico Ambientale, associato al Polo Universitario di Forlì. Se possibile, il museo avrà sede in un comune della provincia di Forlì-Cesena ubicato in obiettivo 2 dove si prevede di insediare la sede legale del Laboratorio. In questo modo il NetLab potrà usufruire delle agevolazioni previste per i consorzi operanti in obiettivo 2 (sostanzialmente maggiori agevolazioni economiche e finanziare nella partecipazione a bandi e possibilità di partecipazione ad azioni integrate obiettivo 1 e 2). Il museo si rivolgerà per lo più alla popolazione in età scolare ed il materiale didattico sarà composto prevalentemente da attrezzature per il controllo ambientale

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prodotte alcuni decenni fa, ritenendo molto difficile, per evidenti motivi, fare didattica utilizzando le attrezzature più recenti. Il sistema di gestione della struttura museale sarà avvito partecipando, congiuntamente con il comune interessato all’insediamento del museo, ai nuovi bandi INFEA previsti per il 2005. - La realizzazione,da parte della Pirelli, in una città della regione Emilia-Romagna di uno stabilimento per la produzione di componentistica di base degli analizzatori a stato solido. 1-Sensoristica (gas e polveri) Si intendono raggiungere gli obiettivi scientifici relativi allo sviluppo di nuovi sensori a stato solido, di sistemi di array di sensori e di sistemi gas-cromatografici miniaturizzati principalmente attraverso il coinvolgimento, per la durata del progetto, di nuove risorse umane: un laureato in fisica o in ingegneria elettronica ed uno in chimica o ingegneria dei materiali presso UNIFE e due laureati presso IMEM. Anche UNIPR intende avvalersi di nuove risorse umane (un laureato) per la realizzazione del progetto. Per quanto riguarda le risorse strumentali, le principali attrezzature necessarie sono già disponibili all’interno dei laboratori partecipanti a questo sottoprogetto. Si prevede di completare un’apparecchiatura per le analisi di chemisorbimento nelle polveri di ossidi semiconduttori sintetizzate presso UNIFE, implementando uno spettrometro di massa per l’identificazione dei prodotti di desorbimento nelle reazioni chimiche che avvengono alla superficie degli ossidi fra il semiconduttore e l’analita, in funzione della temperatura di utilizzo dei materiali sensibili. Al fine di migliorare le funzionalità operative delle unità di rilevazione dei gas di cui sopra, IMEM intende sviluppare le tecnologie di preparazione di sensori ad alta stabilità e sensibilità basati su ossidi nanostrutturati (nanowires o nanobelts). Intende inoltre migliorare il reattore di crescita grazie all’introduzione di sistemi di automazione che garantiscano una migliore riproducibilità del processo. Lo sviluppo di questo programma comporta il coinvolgimento di un neolaureato nella preparazione delle nanostrutture. L’automazione del reattore di crescita comporta l’acquisto di: controllori di flusso, di pressione e di temperatura, elementi riscaldanti opportuni e un computer dedicato. Per il raggiungimento degli obiettivi scientifici relativi ai sensori per il monitoraggio e il controllo del particolato atmosferico ISAC prevede di coinvolgere, per la durata del progetto, le seguenti nuove risorse umane: tre laureati in fisica e/o ingegneria ambientale e un diplomato (o laurea breve). Si prevede inoltre di acquistare un sensore tipo nefelometro per il controllo in tempo reale della concentrazione di aerosol, da impiegare nello sviluppo del prototipo del dispositivo per la determinazione simultanea delle frazioni di particolato ambientali. 2-Remote Sensing Gli obiettivi operativi in questa parte della proposta si possono così sintetizzare: - analisi di dati satellitari per ricavare la distribuzione al suolo degli aerosol; - sviluppo di uno sistema a remote sensing (spettrometro) da installare su aereo o mezzi mobili per ricavare set di misure simultanee della radiazione solare diffusa lungo diversi angoli zenitali; - sviluppo di un metodo di tomografia computerizzata di gas inquinanti, utilizzando il set di dati ricavati dallo spettrometro precedentemente indicato; - realizzazione di uno spettrometro a remote sensing miniaturizzato e monoliticamente integrato, da installare su aerei o mezzi mobili; - sviluppo di un Mini-LIDAR a 3 lunghezze d’onda per la determinazione dei profili di aerosol divisi in tre classi dimensionali. Per le attività proposte diviene necessaria l’assunzione del seguente personale: - per lo studio degli aerosol naturali e antropogenici in ambiente antropizzato: 1 assegnista per 2

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anni; - nell’ambito della tomografia di gas inquinanti e profili di aerosol (GASCOD-MA e MiniLIDAR 3 lunghezze d’onda): 2 assegnisti per 2 anni; - per la gestione delle attività aeree previste: 1 tecnico per la gestione del parco aeroplani e 1 ingegnere aeronautico per un anno; 3-Modellistica e Calcolo Obiettivo 1: sviluppare e promuovere algoritmi e modelli computazionali. Si intende sviluppare un’infrastruttura per il calcolo scientifico distribuito su sistemi e reti mediante l’acquisizione di strumenti per il calcolo parallelo e software di rete finalizzato alla realizzazione di una LaRIA GRID-Network fra i partecipanti al Laboratorio. Obiettivo 2: implementare un modello di knowledge management. Lo sviluppo e la valorizzazione in rete del sistema di conoscenze e competenze del Laboratorio LaRIA verrà realizzato attraverso l’acquisizione di software package specialistico, anche necessario all’adeguamento di quello già in possesso. Obiettivo 3: sistema permanente per la validazione della modellistica. Sviluppo di una “programmoteca” all’interno di LaRIA di modelli validati secondo metodologie di qualificazione del software (es.: UML, Unified Methodology Licency) e ispirati a criteri di validazione del mondo Open Source (es.: LINUX). Si renderà necessario l’acquisto di un corredo hardware e software per il mantenimento centralizzato della programmoteca. Si ritiene di dover assumere 7 assegnisti di ricerca per 2 anni e 1 esperto senior nel campo della certificazione per 1 anno, caratterizzati da profili professionali con esperienze nel campo della modellistica ambientale in contesti di calcolo distribuito e parallelo, da conoscenze del mondo Open Source e delle tecniche di validazione del software scientifico (laurea in Fisica, Informatica, Matematica, Ingegneria informatica).

2.4 Metodologia prevista per raggiungere gli obiettivi prefissati Sensoristica-gas. Le modalità di raggiungimento degli obiettivi prefissati nella linea “sensoristica-gas” sono quelle tipiche della ricerca industriale, per quanto concerne gli obiettivi di ricerca fondamentale, quali ad esempio la preparazione e caratterizzazione di nuovi materiali o lo studio teorico dei modelli di funzionamento. È fondamentale finalizzare la preparazione dei materiali allo specifico gas da rilevare. Attività fondamentale sarà quindi il continuo feedback con le proprietà morfologiche ed elettriche principali, quali dimensionalità e omogeneità delle particelle, controllo della dimensione dei nanofili, della omogeneità della enucleazione e della resa del processo per ottenere materiali stabili ad alta area superficiale con resistività elettrica controllata, alta sensibilità ai gas di interesse, selettività nei confronti dei gas interferenti tipici dell’applicazione ambientale. Per realizzare un sistema integrato di analisi della qualità dell’aria implementando all’interno di un singolo sistema diverse metodologie di analisi e relativi sensori, si pensa che la condivisione di uno stesso sistema fluidico potrà rendere più efficiente il funzionamento dei diversi sensori e semplificherà la correlazione delle loro risposte. Inoltre l’utilizzo di un circuito elettronico di controllo e misura comune per tutti i sensori permetterà, oltre ad una ovvia riduzione dei costi, anche di implementare più efficienti algoritmi di analisi dei dati acquisiti, in grado, tra l’altro, di escludere eventuali effetti di interferenza residui.

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Per quanto riguarda gli obiettivi di carattere più tipicamente tecnologico, relativi per esempio alla ripetibilità dei dispositivi ottenuti, andranno seguite tutte le procedure relative all’applicazione di un sistema qualità. Per i biosensori, infine, vengono proposti approcci di bioindicazione e biomonitoraggio attivi, in cui piante superiori verranno esposte in modo controllato a particolari condizioni di inquinamento atmosferico. Negli organismi prescelti si analizzeranno biomarcatori, cioè parametri chimici, fisici, genetici, fisiologici che sono una manifestazione dell’effetto provocato dall’esposizione ai contaminanti, consentendone una valutazione qualitativa o quantitativa. Particolarmente utili sono gli organismi vegetali in grado di tollerare esposizioni anche prolungate agli agenti inquinanti in oggetto, senza manifestare effetti dannosi o avversi, definibili “ accumulatori”. Sensoristica-polveri. Questa parte del sottoprogetto della linea “sensoristica-polveri” prevede gli studi connessi allo sviluppo di u nuovo sensore e le sui possibilità d’impiego. Sinteticamente sono indicato gli obiettivi scientifici (OS) e le modalità di raggiungimento. OS:Sviluppo di un dispositivo per il monitoraggio simultaneo in tempo reale (con un sensore ottico) delle frazioni PM10, PM2.5 e PM1. Metodologia: - Progettazione e realizzazione dei separatori inerziali per le frazioni dimensionali di interesse. - Progettazione e realizzazione delle sonde ambientali per l’ingresso degli aerosol campionati. - Calibrazione in laboratorio con aerosol controllati (monodispersi) delle caratteristiche di classificazione del dispositivo. - Prove in campo per la validazione del dispositivo, mediante campagne di interconfronto con campionatori di riferimento. OS:Messa a punto di una metodologia per la caratterizzazione dei flussi verticali turbolenti di calore, gas e particolato. Metodologia: - Sviluppo della stazione prototipale e messa a punto del set-up sperimentale per le misure di campo. - Effettuazione di campagne sperimentali. Analisi dei dati di campo e preparazione dei data-base. - Valutazione comparative con le analisi e risultanze degli altri moduli sperimentali per la caratterizzazione micrometeorologica e microclimatica sia dell’ambiente urbano che delle sorgenti areali tipiche delle discariche di rifiuti urbani. - Applicazione alla modellistica microclimatica, zonazione e definizione degli indici bio-climatici. Remote Sensing. Questo sottoprogetto intende favorire l’uso del telerilevamento da terra e da aereo nel monitoraggio ambientale, integrandolo con l’interpretazione dei dati satellitari, al fine di ricavare, all’interno dello strato di rimescolamento atmosferico, la distribuzione spaziale degli inquinanti (gas e particelle). Anche in questo caso si presentano sinteticamente gli Obiettivi Scientifici (OS) e le relative modalità per raggiungerli. OS: Integrazione tra sistemi di monitoraggio tradizionali e sistemi DOAS a remote sensing, che operano in configurazione attiva o passiva, per misure di concentrazioni medie vicino al suolo di: O3, NO2, SO2, BTX e Formaldeide. Metodologia: - Perfezionamento di sistemi DOAS a remote sensing tradizionali in configurazione attiva e passiva per misure lungo percorsi orizzontali. - Calibrazione dei telerilevatori nel Laboratorio di Ottica e Radiazione dell’Istituto ISAC di Bologna tramite il sistema VaReSE (Validation of Remote Sensing Equipment). - Campagne sperimentali per correlare misure di analizzatori in situ e remote.

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OS: Sviluppo di spettrometri a “Multi Asse”, finalizzati alla ricostruzione tomografica degli inquinanti gassosi. Metodologia: - Sviluppo e realizzazione di uno spettrometro GASCOD-MA (Gas Analyser Spectrometer Correlating Optical Differencies-Multi Axis), da installare su mezzo mobile o aereo. - Calibrazione del sistema in laboratorio tramite l’apparato VaReSE. - Sviluppo di metodi di calcolo tomografico basati su approssimazioni multigriglia e metodi di inversione non lineari. - Test del software basato su costruzione di set di misure simulate e studio dell’influenza della risoluzione spaziale. - Campagne di misura in campo, comuni ad altri OS. OS: Impiego di un telerilevatore spettrofotometrico a tecnologia planare nelle indagini bi e tri-dimensionali dei gas inquinanti. Metodologia: - Sviluppo di un sistema a remote sensing di dimensioni estremamente compatte che utilizza come spettrometro un unico elemento a tecnologia planare, derivato dalla microelettronica. - Validazione in laboratorio con VaReSE. - Campagne di misura in campo. OS: Distribuzione verticale della concentrazione delle polveri, divise in classi dimensionali. Metodologia - Sviluppo e realizzazione di un mini-LIDAR a multifrequenza per ricavare la distribuzione verticale del materiale particolato, suddiviso in tre classi dimensionali (PM1, PM5 e PM10). - Installazione del mini-LIDAR su un mezzo mobile o aereo. OS: Sviluppo di metodologie di analisi dati per ricavare distribuzioni verticali degli inquinanti (gas e particelle)da misure combinate DOAS e LIDAR da mezzo mobile o da aereo. Metodologia: - Campagne di misura in comune con il coinvolgimento di ARPA-ER, UNIBO-DIEM e UNIMI-Bicocca. - Sviluppo di metodi di calcolo tomografico basati su approssimazioni multigriglia e metodi di inversione non lineari in geometria variabile. - Test del software basato su costruzione di set di misure simulate e studio dell’influenza delle risoluzione spaziale e dell’orografia del suolo. OS: Analisi di dati da satellite (SCIAMACHY) per la definizione del contenuto colonnare troposferico e della stima delle concentrazioni al suolo di O3, SO2, NO2, Formaldeide. Metodologia: - Analisi dei dati da satellite (livello 1) per ricavare i contenuti colonnari troposferici dei gas indagati. - Validazione del contenuto colonnare mediante misure indipendenti da terra. - Stima dell’altezza dello strato di rimescolamento mediante misure da aereo. - Calcolo della concentrazione al suolo. - Validazione del prodotto. OS: Individuazione di strumenti e metodologie per la stima del contenuto di PM alla superficie da misure satellitari. Metodologia: - Individuazione dei sensori satellitari più efficienti per ottenere informazioni sullo spessore ottico e

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sulle proprietà ottiche degli aerosol in atmosfera. - Studio di un sistema d’analisi combinato di dati provenienti da satelliti polari e immagini fornite da satelliti geostazionari per il monitoraggio degli aerosol, come ad esempio trasporto di sabbia desertica e biomassa dovuta a incendi. OS: Esempi di applicazioni delle misure tomografiche di gas e particelle da aereo: mappatura delle aree a rischio e Valutazione di Impatto Ambientale (VIA) (nell’ambito di programmi di trasferimento con il convolgimento di: ARPAE-R, ARPAL, UNIBO-DIEM:, UNIBO-Bicocca, Protezione Civile E-R). Metodologia - Studio dell’integrazione delle facilities realizzate negli obiettivi precedenti finalizzato ad un’ottimizzazione delle risorse per la realizzazione di mappature di aree a rischio. - Studio dell’integrazione delle facilities realizzate negli obbiettivi precedenti finalizzato ad un’ottimizzazione delle risorse per la realizzazione Valutazione di Impatto Ambientale (VIA). Modellistica Le esigenze e le prospettive alla base degli obiettivi scientifici indicati nella tematica modellistica e calcolo individuano le seguenti macro attività (workpackages): - modellistica numerica della dispersione e trasformazione degli inquinanti atmosferici: - implementazione di algoritmi innovativi sulla turbolenza atmosferica, specie quelli di più facile industrializzazione; - sviluppo e applicazione di modelli deterministici a scala locale e regionale per la simulazione dell’evoluzione del particolato e dello smog fotochimico; - raggruppamento per classi di affinità di modelli e dati per la costituzione di librerie software; - implementazione per il Laboratorio LaRIA di una architettura di rete per il calcolo distribuito (intranet) per lo sviluppo e la condivisione (peering) di risorse computazionali, di applicazioni e dati nel campo della ricerca sul controllo degli inquinanti. In questo campo si intende perseguire l'opportunità di implementare un “portal knowledge management” (mediante soluzioni di mercato note o l'uso di risultati/prodotto realizzati all'interno del Laboratorio) per la valorizzazione delle conoscenze, la condivisione di esperienze applicative, l’integrazione di norme e metodologie di certificazione e validazione di strumenti, di modelli e di dati applicativi sperimentali acquisiti, mirato a progetti di formazione; - integrazione e condivisione delle risorse di calcolo per le ricerche di LaRIA all'interno delle reti geografiche per la ricerca GARR, con la possibilità di implementare una sottorete GRID mediante noti strumenti come AFS/LSF; - modellistica computazione e obiettivi di qualità; -sviluppo di metodologie di validazione di modelli di dispersione e dati di misura mediante confronto con dati sperimentali e tecniche statistiche internazionalmente riconosciute; -studi di confronto di modelli integrati per la valutazione dei costi delle politiche di riduzione dell’inquinamento atmosferico; - uso efficiente delle normative di accreditamento e certificazione di settore, eventualmente contribuendo a rendere più adeguate e coerenti quelle in essere.

2.5 Rilevanza Poiché la costituzione di organizzazioni in rete fra istituzioni scientifiche rappresenta un punto cardine su cui si basano le moderne politiche di sviluppo della ricerca, la rilevanza della proposta progettuale LaRIA è rappresentata dai seguenti elementi distintivi: - con LaRIA si costituisce il primo Laboratorio in materia di controllo degli inquinanti in atmosfera e all'interno di un sistema di interessi che riguarda Università, istituzioni di ricerca e imprese. Il che rende possibile realizzare, a vantaggio anche dell'intero patrimonio di competenze regionali

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esistente, un più stretto legame con le reti europee e internazionali della ricerca sull'ambiente. - con LaRIA si prefigura la nascita, in Emilia Romagna, di un ambito di competenze strutturate per la ricerca scientifica e tecnologica, che prefigura e sostiene la nascita di un "Spazio Regionale della Ricerca" in materia di ambiente; - LaRIA costituisce una prima grande Utility scientifica per l'Emilia Romagna vocata in materia di monitoraggio ambientale. Per questo potrà garantire alle pubbliche amministrazioni e imprese, coinvolgendole anche direttamente nel Laboratorio, un supporto più adeguato ed efficace rispetto al passato; - in LaRIA le imprese di settore possono trovare ambiti che meglio rendono visibili certe loro opportunità di sviluppo per accreditarsi sul mercato di competenza; - LaRIA completa, a livello nazionale, il quadro delle competenze necessarie in regime di Qualità di strumenti e metodi per il controllo ambientale. Di conseguenza l’Emilia-Romagna assume il ruolo di primo candidato qualificato nel campo della certificazione per il controllo della qualità dell’aria. Quest’aspetto è particolarmente importante per più aspetti: i) intensifica il rapporto con le imprese che hanno necessità di certificare la loro produzione innovativa; ii) permette un rapporto più aperto con gli enti locali che non sono più obbligati ad operare in un regime doppio: quello dei prodotti certificati e quello dei prodotti innovativi, ma di certificazione incerta; iii) è in grado di apportare un sostanziale contributo economico in grado di permettere la sostenibilità del consorzio ben oltre il eriodo di finanziamento previsto dalla regione; - con LaRIA si razionalizza il sistema delle risorse economiche, si rende più significativo il sistema di competenze finalizzate alla ricerca, si liberano risorse aggiuntive a favore dei processi di innovazione. Dal punto di vista delle imprese che operano nel settore, la partecipazione alle attività del laboratorio può assumere alcuni aspetti rilevanti: - Innanzi tutto, un rapporto più stretto con le strutture di ricerca permette l’avvio di percorsi

innovativi di migliorare ed adeguare alle nuove esigenze le performances dei sistemi e di abbattere i costi di produzione (si pensi, ad esempio, alle nuove opportunità dovute alla combinazione sensoristica/miniaturizzazione dei sistemi). Nel breve periodo l’aspetto appena evidenziato è in grado non solo di abbattere i costi del controllo della qualità dell’aria, almeno nei suoi aspetti principali, ma di rendere economici monitoraggi e controlli altrimenti impossibili da realizzare, se non in modo sporadico.

- La possibilità di un rapporto costante con i centri di ricerca e di aprire o rafforzare relazioni con gli enti preposti al controllo della qualità ambientale permette alle imprese di proporre ed inserirsi in iniziative integrate e complesse altrimenti loro precluse sia a causa della loro aleatorietà e degli eccessivi costi di star up.

- E’ evidente anche la necessità di creare le condizioni in grado di supportare una razionalizzazione ed una riorganizzazione delle imprese che operano nel settore. E’ in fase d’esaurimento, se non già terminata, la fase pionieristica delle imprese che sono entrate del business del monitoraggio proponendo prodotti di media e bassa qualità e a basso costo (ma con elevati costi di gestione). Servono ora prodotti e servizi che garantiscano standards di qualità medio alti, flessibili, ed a basso costo di gestione e per fare ciò occorre un’azione decisa di miglioramento di prodotti sviluppata in collaborazione con i centri di ricerca e gli enti locali. E sufficiente pensare all’ esigenza di produrre nuovi sensori per monitorare le nuove forme di inquinamento oppure alla ridefinizione delle reti di monitoraggio ed al conseguente potenziamento della modellistica per comprendere l’importanza potenziale del laboratorio come momento di integrazione e di scambio fra i vari soggetti interessati.

Dal punto di vista degli enti locali il Laboratorio LaRIA può assumere una duplice funzione: - innanzi tutto, diviene possibile supportare quegli enti che per dimensioni, potenzialità

economiche ed organizzative, hanno difficoltà a “fare massa critica” atta a sviluppare una soddisfacente rete di monitoraggio del territorio. In base alle considerazioni fino ad ora svolte si

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ritiene possibile proporre soluzioni omogenee, di elevata qualità ed, in prospettiva, a costi contenuti.

In secondo luogo è ipotizzabile un nuovo rapporto integrato fra comune capoluogo e provincia finalizzato alla sperimentazione di sistemi innovativi di monitoraggio in grado anche di supportare decisioni. E’ pensabile cioè un sistema integrato dove le province gestiscono i controlli secondo le norme nazionali ed i comuni, meno vincolati alla normativa, possono sperimentare soluzioni innovative a loro volta controllate e validate dalla rete provinciale. L’abbattimento generale dei costi e la flessibilità di utilizzo dei nuovi sistemi può anche permettere di estendere tale soluzione anche ai comuni non capoluogo.

2.6 Qualità/Eccellenza scientifica La partecipazione dei centri di competenza al Laboratorio LaRIA massimizzerà i contributi già rilevanti sul piano della ricerca scientifica, creando le condizioni per manifestare l’opportunità di realizzare punti di aggregazione scientifica all’interno della rete dei centri di eccellenza della ricerca nazionale. Attualmente infatti, rispetto a quanto oggi la ricerca consente, non esiste un sottosistema nazionale di competenza sul monitoraggio degli inquinanti atmosferici e sulla modellistica ambientale. Inoltre il Laboratorio rende possibile, per la prima volta in Italia, la creazione di uno spazio regionale consistente nel campo della ricerca ambientale, dando alla Regione Emilia-Romagna il primato in questo obiettivo. I singoli gruppi proponenti hanno già raggiunto, nei rispettivi ambiti, un alto grado di eccellenza e risultati scientifici rilevanti in ambito internazionale. Così come sono eccellenti i laboratori lo sono anche le tecniche proposte, sia sperimentali che metodologiche, perché sono il frutto di lunga esperienza e competenza negli specifici settori (metodologie a remote sensing e per la rilevazione delle polveri, la tecnologia planare, le tecniche di modellistica, ecc.).

2.7 Strategie previste per l’integrazione delle competenze e delle strumentazioni Il Laboratorio LaRIA si propone di promuovere la collaborazione fra i vari partners del progetto con lo scopo di integrare conoscenze e competenze che portino alla formazione di un gruppo di lavoro altamente qualificato nel settore del controllo della qualità dell’aria. L’intensa attività di integrazione delle competenze e strumentazioni messe a disposizione dai partecipanti al progetto, fornirà la possibilità di svolgere campagne di misura, anche mirate alla calibrazione e validazione della strumentazione stessa, più complete rispetto a quelle svolte da ciascun singolo partecipante. Infatti la strumentazione messa in campo da LaRIA è in molti casi complementare, offrendo una possibilità di maggiore completezza alle indagini. L’introduzione della modellistica matematica produce un salto di qualità nella gestione dell’inquinamento atmosferico rispetto a quella possibile attraverso le sole campagne di misura, perché i modelli permettono funzioni non accessibili a queste ultime: anche nel campo dell’impiego dei modelli si ritiene che il Laboratorio possa garantire risultati migliori di quelli che otterrebbero singolarmente i singoli proponenti. Infatti, data la complessità del fenomeno, che si compone di una parte propriamente meteorologica, una descrizione adeguata della turbolenza atmosferica e della fisica dello strato limite atmosferico nonché della chimica atmosferica e della fisica-chimica del particolato, risulta indispensabile la cooperazione da parte di un numero elevato di professionalità e strumenti tecnici, che difficilmente possono essere reperiti in un unico istituto e/o laboratorio. La costituzione in seno al laboratorio LaRIA delle Commissioni Tecnica e Scientifica garantirà il coordinamento fra i sottoprogetti e le linee trasversali del progetto, nonché il controllo relativo allo stato di avanzamento dei lavori previsti dal presente. Le Commissioni favoriranno la messa a disposizione della strumentazione scientifica e delle competenze presenti all’interno del laboratorio,

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mediante riunioni periodiche volte a verificare le esigenze operative e scientifiche, che emergeranno. Tali incontri di coordinamento si svolgeranno a turno presso i vari partners in modo da facilitare l’effettiva integrazione dei soggetti proponenti, sia rispetto alle competenze che alla messa a disposizione della strumentazione disponibile presso gli stessi. A tal fine i soggetti partecipanti al progetto dovranno presentare alle Commissioni rapporti periodici di attività nei quali saranno riportati sia lo stato di avanzamento lavori sia le difficoltà incontrate. I maggiori enti preposti al controllo, come ad esempio ARPA-ER, intendono operare strategie comuni, integrando le proprie esigenze con quelle del Laboratorio, mirate alla validazione delle tecniche e delle metodiche proposte all’interno di LaRIA. Per quanto concerne le industrie, ad esse competerà lo sviluppo di strumentazione innovativa la cui sinergica integrazione (promossa e gestita da LaRIA) darà una svolta significativa nel campo dell’analisi della qualità dell’aria.

2.8 Approccio al Trasferimento Tecnologico ed alla collaborazione/integrazione con le imprese Per quanto riguarda il trasferimento tecnologico, si prevedono ricadute positive che da un lato si inseriscono nel settore del monitoraggio ambientale, in linea con le indicazioni della Commissione Europea, dall’altro i risultati scientifici gia conseguiti e l’estrema innovazione dei sensori proposti può favorire una rapida commercializzazione del prodotto. Infatti, la diffusione di misuratori di gas, che usano sensori a stato solido è ancora scarsa poiché poche sono le industrie in grado di produrli (negli USA Motorola Semicondutors, in Giappone Taguchi, in Inghilterra Capteur Sensors & Analysers Ltd e City Technology Holdings Plc, in Germania Gassensoren). Per i sensori di polveri e per le metodologie ad essi correlate, si prevedono anche ricadute connesse alla “zonazione” della città nel campo del recupero delle caratteristiche fisico-chimiche dei materiali storici, nelle soluzioni architetturali per la fruibilità degli spazi pubblici, nell’organizzazione strutturale di spazi ed edifici, ecc.. Uno dei principali obiettivi di LaRIA sarà quello di rafforzare la collaborazione con le PMI in ambito regionale e nazionale, che operano nel settore del monitoraggio della qualità dell’aria; le esperienze disponibili possono essere spese con più efficacia nell’ambito di una collaborazione sinergica che coinvolga anche le industrie e gli utenti finali. Le PMI, grazie alla profonda conoscenza del mercato e delle esigenze dell’applicazione, dovranno svolgere la successiva fase di ingegnerizzazione dei sistemi proposti, completando il Trasferimento Tecnologico. Per il trasferimento tecnologico e il marketing di LaRIA si intende operare secondo i seguenti obiettivi strategici: - Creazione di una "Borsa dell'Innovazione" in cui comprendere e rendere disponili, a imprenditori e investitori privati, i "prodotti di LaRIA" (idee, metodologie, tecnologie) e i brevetti sviluppati dagli istituti e dai centri universitari della ricerca di LaRIA. - Comprendere le necessità delle imprese in merito all'innovazione e alla ricerca applicata per appurare quante e quali risorse (pubbliche e private) possono concorrere nel concreto a sviluppare le attività e il tasso d'innovazione delle imprese. - Incentivare gli obiettivi di qualità, raggiunti con le attività di validazione di strumenti e modelli, cos'ì da promuovere il prodotto LaRIA presso imprese e pubbliche amministrazioni territoriali. - Creazione, anche attraverso specifiche convenzioni con i soggetti interessati, di una filiera ricerca/impresa/mercato, che inizialmente è necessariamente pubblico, (enti locali, ARPA, ecc.) in grado di supportare la sperimentazione sul campo dei prodotti innovativi proposti all’interno del laboratorio. Da questo punto di vista diviene fondamentale il rapporto con ARPA regionale con la quale si è deciso la costituzione di un gruppo di lavoro misto per il perseguimento dell’obiettivo ora esposto anche alla luce delle considerazioni svolte nel paragrafo 2.1.

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- Realizzazione in tempi brevi di prodotti e servizi in grado di avere un ritorno di mercato significativo sia per gli enti locali, sia anche per il mercato privato, in entrambi i casi anche al di fuori degli ambiti regionali (es: monitoraggio delle polveri Sahariane, informazione sullo stato della qualità dell’aria tramite cellulare). - Sinergia fra le attività di LaRIA ed altre realtà sorte all’interno della legge regionale per l’innovazione. Ad esempio, collaborazione con QUASCO (che ha presentato un progetto all’interno della misura 3.4.b. ed il netlab ERG (energia) per progetti comuni nel campo del risparmio energetico e della qualità dell’abitare). In linea generale, per quanto riguarda il trasferimento tecnologico, la possibilità di industrializzare i prototipi eventualmente sviluppati a livello di dimostratori durante lo svolgimento del progetto dai vari partners, potrà ottenersi attraverso due steps fondamentali: un’attività di sviluppo precompetitivo che riguardi l’ingegnerizzazione del prototipo sviluppato (ripetute prove in campo e validazione attraverso strumentazione convenzionale, ottimizzazione dell’elettronica, se necessaria, del software e di eventuali tecniche di wireless, packaging del prototipo, ecc…) realizzabile da una PMI, e una seconda fase che preveda invece il coinvolgimento di un’industria di dimensioni adeguate per la fabbricazione dei dispositivi su larga scala, soprattutto quando si rendano indispensabili l’impiego di tecnologie sofisticate quali per esempio la microlavorazione del silicio, o in generale tecniche microelettroniche e microsistemistiche. A tale proposito va ricordato che un grande società nazionale ha in animo di realizzare, nella Regione Emilia-Romagna, un insediamento per la produzione di tecnologie planari rivolte alla produzione in forme anche massicce di sensori allo stato solido. Si ritiene che il contributo di LaRIA possa accelerare la transizione dalla fase progettuale a quella realizzativa di tale progetto.

51

PARTE 3 - PIANO DI LAVORO PREVISTO

3.1 Descrizione del piano delle attività del Laboratorio Il progetto LaRIA è articolato in tre linee tematiche e tre task trasversali che creano una forte interconnessione operativa tra i partecipanti e i sostenitori del progetto, come riportato nella figura

Fig

1.

ura 1: struttura di LaRIA nella sua articolazione in sottoprogetti e task trasversali.

er quanto riguarda lo sviluppo delle attività di ricerca, nella tabella 1 che segue viene riportata

metodiche di analisi e modellazione innovative.

Pl’intera articolazione degli obiettivi realizzativi del progetto LaRIA, suddivisi nei due indirizzi diricerca portanti: tecnologico e metodologico. A tale proposito va rimarcato che nello specifico del progetto LaRIA, le attività di trasferimento devono includere non solo gli aspetti tecnologici (progettazione e realizzazione di nuovi strumenti), ma anche l’interpretazione dei dati e le

52

Tabella 1: sintesi delle attività di trasferimento suddivise in a) innovazione tecnologica, b) metodologia di analisi e modellazione

3.2 Elenco dei sottoprogetti e degli Obiettivi Realizzativi

sottoprogetto po di

lavoro totale nº Titolo del Titolo dell'OR Tem

previsto (mesi

persona)

NOx, O3, SO2, NH3 e VOC e di strategie innovatmonitoraggio tramite biosensori.

1. Sensoristica (gas e polveri)

Sviluppo di sensori a stato solido basati su ossidi semiconduttori nanostrutturati per la rilevazione CO,

ive di

69

53


61 Sviluppo di sistemi per la rilevazione di gas inquinanti inambienti outdoor.


Realizzazione di un sistema integrato per l’analisi della qualità dell’aria.

48


Prove in campo con i prototipi dei sistemi sviluppati. 34


Monitoraggio degli aerosol atmosferici per la determinazione delle frazioni PM10/PM2.5/PM1, la caratterizzazione dello spettro dimensionale degli aerosol e della loro composizione chimico-fisica.

49

Misura dei flussi di radiazione, di calore e di aerosol.


Biomonitoraggio di particolato atmosferico (APM) in piante superiori e gruppi di lavoratori professionalmente esposti.

25

Modellistica dello scattering da polveri (scatterometria) eradiometr

Remote Se Misure di concentrazione di gas al suolo con tecniDOAS lungo percorsi orizzontali (O3, NO2,

Analisi di dati da satellite (SCIAMACHY) per la definizione del contenuto co

Formaldeide.

Sviluppo di strumentazione e metodologie DOAS per lricostruzione to

Misure da aereo con tecniche congiunte DOAS e LIper la misura delle concentrazioni di gas (O3, SO2, NO2,

Modellistica di trasferimento radiativo a scattering multiplo.

14. Remote Sensing Studio di applicazioni dedicate: mappatura delle arerischio e V

e a alutazione di Impatto Ambientale (VIA).

14

15. Remote Sensing Individuazione di strumenti e metodologie per la stima del contenuto di PM alla superficie da misure satellitari.

18

16. Remote Sensing Sviluppo di uno spettrometro con tecnologia planare. 36


50


ia solare per aerosol (fotometria solare,

nefelometria, PSAP, metodi d’inversione).

29

9. nsing che SO2, BTX ,

Formaldeide ed altri gas).

22

10. Remote Sensing lonnare troposferico e della

stima delle concentrazioni al suolo di O3, SO2, NO2,

17.5

11. Remote Sensing a mografica da terra degli inquinanti

gassosi.

18

12. Remote Sensing DAR

Formaldeide) e polveri con tecniche innovative.

13

13. Remote Sensing 16

17. Modellistica e Implementazione di una Architettura di Rete 38

54

Calcolo LaRIA_Infonet, per il calcolo tecnico-scientifico.

18. Modellistica e Calcolo

Modellistica computazionale. 43

3.3 Descrizione degli Obiettivi Realizzativi

sottoprogetto eri)

Obiettivo Realizzativo 1

Titolo del Sensoristica (gas e polv

Titolo dell'

OR lido basati su ossidi semiconduttori nanostrutturati per la rilevazione CO, NOx, O3, SO2, NH3 e VOC e di strategie innovative di

Tempo di lavoro

previsto

per

69 Sviluppo di sensori a stato so

monitoraggio tramite biosensori. (mesi sona)

Questo OR è rivolto allo sviluppo

sensori a stato solido basati su ossidi metallici semiconduttori su substrati in silicio microlavorato (array di hotplates basati su membrane di Si3N4); ii) sensori a stsolido basati su polveri di ossidi semiconduttori nanocristallini e fabbricati cotecnologia serigrafica su substrati ceramici miniaturizzati; iii) infine sensori a stato solido basati su nanofili di ossidi metallici semiconduttori. Ciascuna delle tre tipologie di sensori a stato solido descritti possiede un contenuto tecnologico molto elevato e la loro realizzazione, così come la loro fabbricazione su larga scala dipenderà fortemente dalle risorse finanziarie disponibili. Tali sensori costituiscono il vertice della ricerca mondiale in questo settore e le unità coinvvantano in esso più di dieci anni di ricerca. Va ricordato inoltre che, proprio inItalia hanno sede alcuni dei gruppi di ricerca più quotati a livello internazionnel settore della sensoristica per gas, dove la ricerca non è orientata solamente allo sviluppo conoscitivo, ma sono già stati realizzati dispositivi in forma prototipalecondotte esperienze anche relativamente a prove in campo. Alcune delle unità hanno inoltre collaborato con alcune sezioni di ARPA (anche esterne alla Regione Emilia Romagna e in cui sono stati confrontati i dati forniti dalla strumentazione innovativa con quelli degli analizzatori convenzionali) e con parecchie aziendeprivate. Ulteriori collaborazioni si stanno attivando, anche nell’ambito di questo progetto.

Tra i sensori chimici a stato solido i sensori ad ossidi metallici semiconduttosono i disp

le tecniche di lavorazione microelettroniche. Per questi sensori l’obiettivo è la loro realizzazione con livelli ottimali di affidabilità, stabilità, riproducibilità e velocità di risposta ai differenti gas target. Ci si propone infatti che tali sensori, o impiegati all’interno di un’architettura gas-cromatografica (GC) o in array di sensori gestiti da un’opportuna elettronica di controllo, possano essere utilizzati per il controllo della qualità dell’aria con sensibilità selettività e affidabilità confrontabili con

Obiettivi di sensori (principalmente microsensori) per gas inquinanti l’atmosfera che potranno essere utilizzati in un sistema integrato di dispositivi (vedi OR 1.3). L’obiettivo di questo OR è quello di realizzare: i)

ato n

olte

ale

e

ri ositivi più promettenti a causa delle loro ridotte dimensioni, basso costo

e bassa dissipazione di potenza, funzionamento on-line e piena compatibilità con

55

quelle degli strumenti analitici convenzionali.

Come maggiormente evidenziato in OR 1.2 e 1.3 tali sistemi potranno essere impiegati per la misura delle concentrazioni dei gas tossici (principalmente CO, NOx, O3 e VOC) in ambienti esterni. Data la piccola dimensione del sistema integrato che ci si propone di sviluppare, tali sistemi potranno essere utilizzati in ambienti non accessibili alla strumentazione attualmente disponibile (che richiede inoltre ambienti condizionati, bombole esterne, interventi di manutenzione frequenti) consentendo quindi il controllo ambientale nei centri storici, e, in generale, in tutte quelle postazioni che possano presentare diversità rispetto alla normale dispersione degli inquinanti atmosferici, come per esempio incroci con semaforo o rotonde, tunnel, strade ad alta densità di traffico, o per il monitoraggio di quei siti in cui siano presenti patrimoni storici ed artistici da tutelare, ecc…. . Contemporaneamente ci si propone di sviluppare strategie per il monitoraggio qualitativo (bioindicazione) e quantitativo (biomonitoraggio) di sostanze inquinanti organiche in atmosfera mediante la rilevazione dei composti o di loro metaboliti in tessuti di piante superiori (biosensori).

Per quanto riguarda i sensori su substrati di silicio mp

di risposta. Queste caratteristiche dipendono sia dai materiali sensibili che dalle tecnologie adottate. Verrà quindi messo a punto il processo di deposizione dei materiali sensibili a livello wafer; questo approccio garantirà un miglior controllo dei parametri di deposizione, sia per quanto riguarda i parametri fisici (temperatura, pressione ecc.) che geometrici (allineamento del film e dei contatti sul substrato riscaldato). Il raggiungimento di elevati standard di riproducibilità e controllo nella fabbricazione dei sensori, permesso soprattutto dall’adozione dei processi tipici della microelettronica eaccurato, su base statistica, dei fenomeni che governano la risposta ai gas. In tal senso si deve anche considerare che, in una architettura GC, i sensori lavorano in flusso forzato di gas all’interno di circuiti pneumatici caratterizzati da volumi morti estremamente ridotti. Si tratta di modalità operative sostanzialmente diverse da quelle tipiche delle applicazioni convenzionali, dove i sensori vengono semplicemente immersi nell’atmosfera da analizzareottimizzazione rispetto all’impiego previsto dovranno principalmente mirare a garantirne l’affidabilità e la stabilità di risposta a lungo termine.

Rispetto ai sensori fabbricati con tecnologia serigrafica, la metodologia per ottenere dispositivi sensibili, selettivi ed affidabili si basa su un’accurata tecnologia di fabbricazione (dalla sintesi di polveri di ossidnanocristallini, alla deposizione dei layer sensibili, ai trattamenti termici, alla realizzazione dei substrati con i relativi componenti), su caratterizzazioni elettriche, ottiche, termiche e morfologico-strutturali ed un continuo feedback tra queste ed i parametri di preparazione delle polveri e degli strati sensibili. Lo studio teorico in generale sui meccanismi di trasduzione del segnale ed in particolare sulle proprietà delle nanostrutture e sui fenomeni di interfaccia gas-semiconduttore costituisce una metodica di ricerca essenziale per l’ottenimento degli obiettivi

Metodologia icrolavorato, dovendo essere rincipalmente impiegati come detector in un sistema gas-cromatografico (GC),

devono avere prestazioni particolarmente spinte in termini di sensibilità e velocità

dei microsistemi, consentirà anche uno studio più

. Lo studio del comportamento dei sensori e la loro

i semiconduttori

56

indicati. A tale scopo, oltre alle usuali caratterizzazioni elettriche a due terminali, vengono principalmente effettuate misure di spettroscopia d’impedenza, di barriera di potenziale, di funzione lavoro e di effetto Hall in funzione delle diverse condizioni di operazione dei sensori, quali temperatura, umidità e atmosfera gassosa. Un approccio altrettanto importante è costituito dalle caratterizzazioni di laboratorio effettuate simulando le reali condizioni di operazione in atmosfera, quali per esempio repentine variazioni di condizioni ambientali, ed anche da caratterizzazioni su popolazioni di sensori significative dal punto di vista statistico. Il terzo tipo di sensori a stato solido sarà basato anch’esso su ossidi metallici semiconduttori, ma si avvarrà di una tecnica di deposizione di recentissimo sviluppo basati su cristalli di dimensioni nanometriche (nanofili,

alterate le

n

o

ndono ali

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so

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he) te

ste in modo controllato a particolari condizioni di

nanobelts, nanorods, ...) di ossidi metallici (Sn, In, Mo, ...). La principale caratteristica di questa nuova classe di materiali è data dalla stabilità alla temperatura nel tempo. Infatti, questi monocristalli conservano inproprie caratteristiche fisiche e strutturali per lunghi tempi anche ad alte temperature d'esercizio; la loro natura consente inoltre di resistere anche iambienti fortemente ossidanti; sono quindi adatti ai controlli di inquinanti ambientali. Come nel caso degli altri due tipi di sensori proposti, attraversapposite funzionalizzazioni dei materiali (con appositi droganti o diversi composti) i nanocristalli possono sviluppare caratteristiche fisiche che li reparticolarmente reattivi a specifici gas. Inoltre, l'impiego di differenti matericosì ottenuti può consentire lo sviluppo di un "naso elettronico", in grado riconoscere e quantificare diversi tipi di gas. A tale scopo si intende ottimizzare la tecnologia di preparazione, sviluppata presIMEM, di nanostrutture di SnO2 (controllo della dimensione dei fili, della omogeneità della nucleazione, della resa del pprestazioni finali dei sensori, usando come feedback la risposta funzionale dei sensori stessi in termini di sensibilità, stabilità e selettività. Si intende quindi estendere la tecnologia di preparazione ad altri composti (ossidi di metalli o legal fine di ottenere un ampio spettro di sensori in grado di rispondere diversamenai diversi tipi di gas di interesse. Per quanto riguarda i biosensori vengono proposti approcci di bioindicazione e biomonitoraggio attivi, in cui piante superiori appositamente scelte in base alle loro caratteristiche verranno espoinquinamento atmosferico, e analizzate al termine del periodo di esposizione perricavarne informazioni utili sul tipo e sul grado dell’inquinamento. La struttura delle foglie nelle piante le rende efficaci “filtri” per l’inquinamento atmosferico. Negli organismi prescelti si analizzeranno biomarcatori, cioè parametri chimici, fisici, genetici, fisiologici che sono una manifestazione dell’effetto provocato dall’esposizione ai contaminanti, consentendone una valutazione in modo qualitativo o quantitativo.

Per i sensori su substrati diR

catalizzatori (Au, Pt, Pd) deposti per sputtering e/o pulsed laser ablation (PLA).Per queste indagini è necessaria la realizzazione di un gran numero di wafer di substrati termoriscaldati microlavorati in silicio (hotplate array) per l’analisi

Attività silicio microlavorato: studio di processi di deposizione GTO (Rheotaxial Growth and Thermal Oxidation) per film sottili di ossido di

stagno (SnO2) a livello wafer. Studio delle caratteristiche di diversi materiali

57

statistica delle prestazioni dei sensori.

Per i sensori a film spesso: messa a punto di metodi preparativi di polveri nanocristalline di ossidi semiconduttori, quali SnO2 (puro o catalizzato con metalli nobili quali Ag, Au, Pt, Pd, Rh), In2O3 puro o misto SnO2, TiO2, WO3, NiO,

te economici. Il reattore, già operante, verrà dotato di sistemi di

si torio per

ecc… le cui caratteristiche verranno ottimizzate in funzione del loro utilizzo come fase funzionale di una pasta serigrafica; deposizione dei film sensibili con tecnologia serigrafica su substrati ceramici miniaturizzati o, eventualmente, su substrati di silicio microlavorato; trattamenti termici opportuni in atmosfera controllata. Caratterizzazioni termiche, ottiche, morfologico-strutturali ed elettriche.

La ricerca sui sensori depositati con strati di nanofili di ossidi verrà svolta mettendo a punto processi di deposizione da vapore ad alta resa e quindi estremamenautomazione per la regolazione dei flussi e la gestione delle temperature in modo da aumentare la riproducibilità dei processi. I materiali verranno quindi caratterizzati da un punto di vista strutturale mediante microscopia elettronica (morfologia e fase cristallina), elettrico (resistività) ed ottico (fotoluminescenza). I campioni ottenuti saranno quindi opportunamente contattati mediante processi di deposizione in ultra alto vuoto e bonding per la caratterizzazione funzionale del sensore. La caratterizzazione funzionale del sensore sarà condotta presso IMEM. I sensori saranno altresì messi a disposizione degli altri centri del network (enti pubblici o aziende) per caratterizzare la risposta a gas di interesse specifico. Per i biosensori: Si svolgeranno ricerche bibliografiche per definire le caratteristiche dei sensori biologici ideali per il lavoro proposto nei successivi OR; una volta identificate le piante che da esperienze precedenti o da dati riportatiriterranno più opportune, si procederà con limitati esperimenti di laboraimplementare le tecniche di coltivazione ed esposizione da utilizzare successivamente

Per i sensori su suri

per la misura in aria atmosferica di CO, NOx e O3 ottimizzati in selettività, accuratezza della misura, riproducibilità. Nuovi materiali per la rilevazione di gas di discarica e indoor.Per i sensori depositati tramite nanofili di ossidi: consolidamento della tecnologia di realizzazione ed ottenimento di sensori astabilità, sensibilità e diversa selettività.Per i biosensori: definizione delle strategie di biomonitoraggio e delle piante da utilizzare.

ealizzativo 2

Risultati attesi

bstrati di silicio microlavorato: incremento della stabilità delle sposte dei sensori, della riproducibilità dei dispositivi realizzati e dell’affidabilità

dei sensori (aumento del tempo di vita media).Per i sensori a film spesso: sensori

d alta

Obiettivo R

eri) Titolo del sottoprogetto

Sensoristica (gas e polv

Titolo dell'

OR vazione di gas inquinanti in ambienti outdoor.

Tempo di lavoro previsto

(mesi persona)

61 Sviluppo di sistemi per la rile

58

Obiettivi o pre-industriale di sistemi gas-cro fici innovativi per la rilevazione di Benzene, Toluene, Etilbenz EX) in tracce. Sviluppo di un’unità di monitoraggio per la rilevazione di CO, NOx ed O3,

Realizzazione di prototipi a livell matograene e Xilene (BT

con caratteristiche che permettano al dispositivo di essere impiegato in campo. Messa a punto di sistemi di biosensori.

Il gas-cromatografo (GC) basato su micro-colonnine impaccate, integra tutti i componenti necessari al funzionamento in au

sensore come rivelatore permette di utilizzare l’aria quale gas di trasporto, invedi gas inerte (non richiede bombole esterne ed il sistema di iniezione del camsarà semplificato). Queste differenze rispetto ai GC convenzionali sono i principali punti di forza del sistema, ma richiedono lo studio di tecnologie di microlavorazione del silicio per realizzare colonne di separazione impaccate, di dimensioni estremamente ridotte (confrontabili con quelle di una moneta),elevata efficienza.Verrà sviluppato un sistema per l’auto-calibrazione periodicbasato su un tubo a permeazione, con minore ingombro e maggiore stabilità nel tempo rispetto alla strumentazione convenzionale.Verrà migliorata l’elettronica per l’array di sensori con filosofia modulare ad alta espandibilità e capacità di memorizzazione, utilizzando un microprocessore ad alta capacità di calcolo con funzionalità ISP ed IAP e multi-interfaccia; progettate nuove architetture con sistemi di comunicazione wireless; impiegato un protocollo di autoconfiguraziodella rete di unità di sensing usufruendo della modalità plug and play. Nel caso dsistemi di biosensori si rivelano utili organismi “accumulatori” che consentonoseguire nel tempo l’accumulo di composti e dei loro metaboliti nei tessuti, ricavandone semiquantitativamente la loro concentrazione ambientale e l’insorgere di effetti a lungo termine, come i genotossici. La concentrazione delle sostanze volatili nella pianta e nell’atmosfera raggiungono velocemente un equilibrio e questo rende le piante ottime indicatrici a breve termine del cinquinante. Per le sostanze semivolatili si può considerare invece un fenomeno di accumulo e di integrazione temporale per esposizioni prolungate.

1) Realizzazione e test di un circuito di interconnessione pneumatica ditipo gas-cromatografico comprendente unità di i) pre-co

vi) termostatazione Realizzazione dell’elettronica di controllo ed elaborazione dei segnali Test in laboratorio della strumentazione sviluppata Misure in campo per

qu riguarda i sistemi di array di sensori, le attivitupp ell’elettronica dedicata alla gestione dei sensori e

microprocessore che consentano di passare dalla registrazione del segnale dei sensori alla misura delle concentrazioni dei gas target. In particolare verranno svolte tutte le attività riguardanti la determinazione delle curve di calibrazione per ciascun sensore e per ciascun gas target in funzione dell’umidità e dei più comuni gas interferenti; dove necessario, la misura della concentrazione dello specifico gas verrà calcolata attraverso algoritmi che tengano conto della risposta di più sensori.

Per quanto riguarda i biosensori le attività saranno rivolte alla scelta e coltivazione

Metodologia tomatico (generatore di gas di

trasporto, unità di calibrazione, signal processing, termostatazione). L’uso di un ce

pione

e di a

ne ei

di

arico

Attività ncentrazione ii)

separazione iii) calibrazione iv) iniezione v) generazione di gas carrier

2) 3) 4) la validazione dei risultati

Per anto à riguarderanno lo svil o d d alla trasmissione dati ed alla ricerca di quegli algoritmi matematici da implementare nel

59

delle piante da utilizzare come biosensori in numero sufficiente alla preparazione dei necessari sistemi di monitoraggio: Brassica oleracea cv acephala coltivata da seme, Lolium multiflorum, Taraxacum officinale, Arabidopsis thaliana

La strumentazione sviluppata dovrà soddisfare ai requisiti di sea

Questa semplicità, oltre ad abbattere i costi di fabbricazione del sistema, ne permetterà l’utilizzo in ambienti non accessibili alla strumentazione attualmente disponibile (che richiede ambienti condizionati, bombole esterne, interventi di manutenzione frequenti). Per quanto riguarda i sistemi di array di sensori, gli output attesi riguarderanno la gestione ed il controllo dei singoli sensori, il trasferimento dei dati dalle unità di sensing, lo storage dei dati ed il loro trattamento consistente nell’analisi (validazione) e nella processazione in modo da fornire le misure di concentrazionedei gas target. I risultati attesi nel caso dei biosensori consisteranno nella scelta delle piante migliori per sviluppare i biosensori, nella progettazione dei biosensori e nella definizione delle metodologie analitiche da utilizzare nei successivi OR.

ealizzativo 3

Risultati attesi nsibilità e

ccuratezza necessari per applicazioni ambientali, pur essendo caratterizzata da una notevole semplicità circuitale rispetto alla strumentazione convenzionale.

Obiettivo R

eri) Titolo del sottoprogetto

Sensoristica (gas e polv

60

della qualità dell’aria.

Obiettivi Integrazione all’interno di un singolo sistema autosufficiente di s sistemi innovativi per l’analisi “completa” della qualità dell’aria o x, O3, BTEX) che soddisfi alle specifiche quantitative contenute nelle leggi europee

ensori e utdoor (CO, NO

(1999/30/EC, 2000/69/EC e 2002/3/EC e relativi recepimenti degli stati membri):

Inquinanti Periodo medio Valore limite per la

protezione della salute

Data alla quale il valore limite deve essere rispettato

CO Media massima

ore 3giornaliera su 8 10 mg/m 1°gennaio 2005

0 µg/ m3

Ox Anno civile 30 µg/ m3 1°gennaio 2010 Media massima

ore

revisto re uno studio riguarda ppo di un s ernte lo svilu istema integrato p

Titolo dell'OR Realizzazione di un sistema integrato per l’analisi Tempo di lavoro previsto

(mesi persona)

48

NO2 1 ora 20 1°gennaio 2010 N

O3 giornaliera su 8 120 µg/ m3 Il valore non deve essere

superato più di 25 giorni in un anno entro il 2010

Benzene Anno civile 5 µg/ m3 1°gennaio 2010 È p inolt

l’analisi della in ambienti confinati (pri qualità dell’aria ncipalmente indoor).

ondividend la componen omune (acsingolo sistema delle diverse metodologie e dei relativi sensori per l’analisiVOC, CO, NO2 e O3 comporta una serie di vantaggi:

funzionamento dei diversi sensori e semplificherà la correlazione delle loro risposte. Si pensi ad esempio all’utilizzo dell’aria di zero generata dal sistema GC per la ri-calibrazione dei sensori per CO, NO2 e O3, che ne permette un utilizzo affidabile anche per lunghi periodi. L’utilizzo di un circuito elettronico di controllo

sensori permetterà, oltre ad una ovvia riduzione dei costi, anche di implementare più efficienti algoritmi di analisi dei dati acquisiti, in grado, tra l’altro, di escludere eventuali effetti di interferenza residui. Ad esempio, l’informazione relativa alla concentrazione di CO potrebbe essere di notevole interesse in fase di elaborazione dei cromatoVOC. giungere gli obiettivi descritti sopra sarà necessario procedere ad una

a progettazione dei circuiti pneumatici ed elettronici del sistema, per poi rli ad approfonditi test funzionali. La validazione del sistema, con lare attenzione per gli algoritmi di correlazione delle misure fornite dai sensori sarà effettuata nel contesto di campagne di misura condotte in orio, m

sviluppo di elettronica di gestione e controllo modulare (microprocessore ad alta capacità di calcolo con funzionalità ISP ed IAP e multi-interfaccia) e sistemi di comunicazione wireless per la comunicazione fra le varie unità di sensing di un sistema, verranno implementate nel sistema integrato oggetto di questo OR3 in modo da ottenere un sistema altamente modulare e flessibile.

Per quanto riguarda il sistema indoor, in generale le concentrazioni degli inquinanti volatili da rilevare sono maggiori delle concentrazioni outdoor, e quindi più facilmente misurabili. D’altro canto, all’interno di ambienti confinati si ha spesso a che fare con una grande quantità di sostanze interferenti, che possono più facilmente dare luogo ad errori di misura e a falsi allarmi (si pensi ad esempio all’utilizzo di solventi, colle o detergenti domestici). I proponenti possono vantare un’esperienza pluriennale nel campo del monitoraggio outdoor, che ha permesso di sviluppare sensori e sistemi caratterizzati da sensibilità più che sufficienti per le tipiche applicazioni indoor. La misura delle più complesse miscele gassose caratteristiche degli ambienti chiusi richiede di affrontare e superare le problematiche dovute alla scarsa selettività dei sensori convenzionali. A tal fine saranno esaminate sicon soluzioni cromatografiche miniaturizzate, analoghe a quelle messe le misure outdoor, sia le potenzialità di altri approcci innovativi basati ssensibili nanostrutturati di recente generazione (quali nanotubi di carbonio e nanobelts di ossidi metallici semiconduttori) o su diversi principi di trasduzione, quali microsistemi ad assorbimento infrarosso.

1)Studio approfondito dei diversi sensori innovativi, in particolare per individuare la componentistica condivisibile

Metodologia Integrazione di diversi sensori innovativi all’interno di un singolo sistema, c o tistica c limentazione, case, elettronica di ontrollo) ed ottimizzandone il funzionamento. L’integrazione all’interno di un

di

La condivisione di uno stesso sistema fluidico potrà rendere più efficiente il

e misura comune per tutti i

grammi relativi ai

Per ragaccuratsottopoparticosingolilaborat a soprattutto in campo. I risultati acquisiti in OR2 relativamente allo

a le prestazioni raggiungibili a punto per u materiali

Attività

61

2)Sviluppo dell’elettronica di controllo ed elaborazione dei segnali comune 3)Studio degli algoritmi di correlazione tra le risposte dei vari sensori 4)Integrazione dei vari sensori e dell’elettronica 5)Test in laboratorio del sistema integrato 6)Calibrazione del sistema

as-cromatografiche realizzate in Silicio

zioni gas-cromatografiche a basso

ne di sensori per gas basati su materiali nanostrutturati nanobelts MOX)

tà

Per il sistema indoor: 1)Realizzazione di micro-colonnine g2)Realizzazione di circuiti microfluidici per l’interconnessione ibrida di componentistica microlavorata 3)Studio di nuovi materiali assorbenti per applicacosto 4)Sviluppo e caratterizzazio(nanotubi di carbonio, 5)Sviluppo di microsistemi ad assorbimento infrarosso per l’analisi della qualidell’aria indoor

La strumentazione integrata sarà caratterizzata da un costo più contenuto rispetto alla strmisure. L’affidabilità delle singole misure sarà maggiore nel caso del sistema integrato rispetto ai singoli sotto-sistemi,risposte permetterà di eliminare eventuali interferenze residue. Per l’analisi della qualità dell’aria in

ealizzativo 4

Risultati attesi umentazione attualmente disponibile, garantendo la stessa qualità delle

in quanto la correlazione delle varie

door, si prevede la possibilità di realizzare dispositivi a livello pre-industriale in tempi medio-lunghi.

Obiettivo R

Titolo del ttoprogetto

Sensoristica (gas e polveri) so

Titolo dell'OR Prove in campo con i prototipi dei sistemi Tempo di lavoro previsto

(mesi persona)

34 sviluppati nel OR3.

Obiettivi L’obiettivo della sperimentazione tramite il sistema integrato sviluppato in OR3 consiste nella valutazione delle prestazioni del prototipo mediante il confronto con i dati rilevati dalle stazioni di monitoraggio ufficiali gestite da ARPA, impiegando

è la rilevazione degli effetti di VOC e SVOC su piante modello esposte per periodi variabili all’inquinamento atm zione di tali effetti con la durata dell’esposizione.

strumentazione analitica convenzionale. Un ulteriore obiettivo

osferico e correla

Verranno installati alcuni prototipi sviluppati in OR2 e OR3 a fianco di stazioni fisse di monitoraggio gestite da ARPA (sezione da determinare) per poter avere un confronto ed un’eventuale validazioneverranno valutati in termini di resa, coefficiente di correlazione fra le mespresse come media oraria rilevate dalla strumentazione innovativa confrontatacon quella di riferimento ed infine ripetibilità dei prototipi per esempio

Metodologia

dei risultati ottenuti. I dati registrati isure

62

installando due prototipi nella stessa postazione. Per ottenere dati rappresentativi di diverse condizioni ambientali, la sperimentazione dovrebbe comprendere sia un periodo estivo che uno invernale. Caratteristiche dei sistemi di biosensori: le piante dovranno essere esposte all’inquinamento atmosferici in siti dove l’aria possa circolare liberamente senza ostacoli, idealmente nella stessa posizione delle centraline di rilevamento di parametri fisico-chimici. La posizione dovrà essere elevata per impedire l’accesso volontario o accidentale di persone o animali terrestri, e sarà necessaria una protezione contro gli uccelli. Le piante per la captazione delle sostanze gassose saranno esposte all’aria in sistemi chiusi protetti da filtri atti a fermare il particolato atmosferico (cellulosa). Le piante da usare come biosensori dovranno essere geneticamente uniformi, allevate a partire da seme o talea in condizioni simili. Analisi fisico-chimiche: la scelta inizialmente si concentra sulle sostanze più comunemente misurate: tra i VOC, diclorometano, toluene, tricloroetilene, acetone, xilene, etilene, formaldeide, acido acetico, dimetilformammide, metanolo, propilene. Metodologie analitiche adatte alla determinazione di VOC

em. presenti nelle piante sono descritte in letteratura (es. Hiatt MH, 1998, Anal. Ch70:851-856). Biomarcatori di effetti genotossici: La valutazione della frequenza di mutazioni insorte nel corso dell’esposizionecontaminanti si effettuerà calcolando il numero di polimorfismi evidenziabiall’interno della popolazione esposta in confronto al numero di polimorfismi evidenziabili in popolazioni di controllo mantenute in ambienti controllati. L’identificazione di polimorfismi si effettuerà con le tecniche basate sui marcatori

ai li

morphic DNA) e AFLP

one

zimi o rse

molecolari di tipo RAPD (Random Amplified Poly(Amplified Fragment Length Polymorphism), tecniche che analizzano simultaneamente decine di siti genomici (Conte et al. 1998, Chemosphere 37:2739-2749). Il numero di polimorfismi è correlabile alla durata dell’esposizione per cercare una stima quantitativa della relazione tra esposizied effetto. Si metteranno inoltre a punto tecniche di analisi proteomica, altamente innovative nell’ambito del biomonitoraggio, per identificare induzione di particolari enproteine correlabili agli effetti dei contaminanti. Ad esempio, geni per divedeidrogenasi si inducono in presenza di formaldeide e gli enzimi prodotti concorrono a metabolizzarla. Investigando le variazioni di bersagli proteici specifici in estratti da piante trattate rispetto a popolazioni di controllo si potrebbero identificare nuovi biomarcatori per la rilevazione degli effetti tossici dei contaminanti.

- scelta di siti (urbano e suburbano) per il monitoraggio;- fabbricazione dei prototipi e calibrazione;- installazione nei siti messi a disposizione da ARPulteriori siti da identificare (industriali e/o centri storici) in cui non sia presenstrumentazione ufficiale;- manutenzione delle centraline installate;- acquigestione da remoto delle medesime;- elaborazione dati;- installazione e mantenimento dei identificazione delle sostanze organiche presenti in campioni vegetali: ad esIPA in - foglie di Brassica oleracea cv acephala dopo 8 settimane di esposizione;- analisi SEM/EDX del particolato presente sui campioni di foglie: Lolium e Taraxacum e altre specie;- analisi di polimorfismi RAPD e AFLP in piante modello (in situ ed ex situ): Arabidopsis;- ricerca di biomarcatori proteomici in

Attività A e in

te sizione e

biosensori;- campionamento periodico;- analisi chimica e empio,

63

Arabidopsis;- analisi statistica dei risultati;- correlazioni con dati da misupuntiformi forniti dal sistema integrato.

- Determinazione delle concentrazioni dei gas inquinanti in ambiente outdoor con accuratezza e precisione simili a quelle delle strumentazioni spettrofotometrgas-cromatografica tradizionali.- Evidenze di bioaccumulo o bioconcentrazielementi chimici in tessuti vegetali.- Evidenze di bioaccumulo o bioconcentrazione di composti organici in tessuti vegetali.- Evidenze di cambiamenti mutazionali nel DNA di pia

singoli contaminanti.

ealizzativo 5

Sensoristica (gas e polveri)

re

Risultati attesi ica o

one di

nte modello.- Correlazioni tra concentrazione atmosferica, concentrazione nei tessuti ed effetti mutazionali per i

Obiettivo R

Titolo del sottoprogetto

Titolo dell'OR Monitoraggio degli aerosol atmosferici per la determinazione 2.5/PM1, la caratterizzazione dello gli aerosol e della loro composizione

chimico-fisica.

Tempo di lavoro

previsto(mesi

persona)

49 delle frazioni PM10/PM

spettro dimensionale de

Obiettivi Gli obiettivi previsti consistono nel monitoraggio dell’aerosol atmosferico per

dimensioni delle o di fo

la concentrazione dell’aerosol atmosferico per la com richiesta dagli obiettivi di qualità dell’aria (PM10) e per le compon e dai più recenti studi epidemiologici come maggiormente responsabili dei danni alla

levata i

ngole

di 5

determinarne la concentrazione nelle frazioni di interesse sanitario (PM10/PM2.5/PM1) e la sua composizione in funzione delleparticelle.Si intende realizzare un sensore sperimentale in gradsimultaneamente

rnire ponente

enti indicat

salute della popolazione (PM2.5 e PM1). Si intendono svolgere campagne di monitoraggio per la caratterizzazione dimensionale dell’aerosol ad erisoluzione, con la possibilità di determinare il contenuto chimico-fisico (metallpesanti, IPA) nelle varie frazioni granulometriche e svolgere analisi sulle siparticelle. Realizzazione di sistemi di facile implementazione per la corretta determinazione gravimetrica del PM10 secondo le specifiche della norma EN12341 e procedure controllo sulle caratteristiche di separazione delle teste di prelievo per il PM2.

Il sensore in tempo reale per la determinazione simultanea delle frazioni PM10/PM2.5/PM1 sarà basato sull’impiego di separatori inerziali collocati in serie, così dciascun separatore un punto di prelievo verrà, a rotazione, collegato all’ingresso diun sensore ottico che rileva la concentrazione di aerosol attraverso la diffusione, provocata dalle particelle costituenti l’aerosol, di un fascio di radiazione

interpretandoli in termini di concentrazione di particolato. In parallelo a qlinea di prelievo, una seconda sonda campionerà il particolato per determinare rapporti fra le varie frazioni e con l’aerosol “totale”.La caratterizzazione dimensionale degli aerosol verrà effettuata attraverso lo svolgimento di campagne

Metodologia

a rimuovere progressivamente una delle tre componenti. A valle di

elettromagnetica. Una unità di calcolo elaborerà i valori di radiazione diffusa uesta

i

64

che vedranno l’impiego in parallelo di:- impattori multistadio sia a bassa pressione, in grado di valutare la distribuzione dimensionale delle polveridiametri aerodinamici, sia a pressione atmosferica. I campioni ottenuti sarannosuccessivamente analizzati tramite la tecnica PIXE (Proton Induced X-ray Emission) e il microscopio elettronico con microanalisi EDAX. Oltre ai metalli pesanti verrà valutata la presenza degli IPA nelle varie frazioni dimensionL’impiego dell’analisi statistica multivariata (analisi in componenti principali ad esempio) fornirà indicazioni sui contributi dovuti alle diverse sorgenti (traindustria, etc.) all’aerosol. L’impiego di uno spettrometro inerziale (INSPEC) permetterà di effettuare un’analisi sulla composizione delle singole particelle (cotecnica EDAX) nell’intervallo dimensionale 0.5-10 µm così da fornire ulterindicazioni sulla loro provenienza. Per quanto riguarda la norma EN12341, essa richiede la determinazione in massa delle particelle campionate utilizzando bilance analitiche in condizioni ambientacontrollate (umidità relativa e temperatura). Spesso le bilance analitiche sono posizionate in ambienti dove questi parametri e l’umidità in particolare non rientra nelle specifiche richieste. Si intende realizzare dei microambienti che contenganla bilancia e i filtri da pesare, dove i param

nei

ali.

ffico,

n iori

li

o etri microclimatici sono all’interno

ell’intervallo dei valori stabiliti. Cabine a microclima controllato

osì

va per le

o ad

rare

delettronicamente oltre a essere costose non sempre riescono a raggiungere gli obiettivi prefissati in quanto i sistemi di feed back non riescono a convergere. Ciò che si intende realizzare è un dispositivo di facile uso e di costo modesto cda potere essere implementato in tutti i laboratori dove si effettueranno le determinazioni di PM10, favorendo così l’applicazione della normativa e il miglioramento delle procedure di controllo. Il secondo aspetto consiste nella realizzazione di una camera di pro“teste” di campionamento del PM2.5. Tali dispositivi, anche in attesa che la Comunità Europea definisca con precisione una metodologia di analisi, inizianessere utilizzati dalle Agenzie regionali di controllo in quanto gli aerosol PM2.5 sono ritenuti più rappresentativi dell’insorgenza di danni alla salute della popolazione. A tutt’oggi non esistono controlli sull’effettiva capacità di sepacorrettamente l’aerosol campionato.

Per lo sviluppo del sensore atto a fornire simultaneamente le tre frazioni indsi procederà alla individuazione dei separatori inerziali più idonei allo scopo, alla progettazione e realizzazione delle connessioni e delle sonde di prelievoIndividuazione del sensore ottico per la determinazione della concentraaerosol. Calibrazione in laboratorio del sensore ottico con aerosol a granulometricontrollata. Verifica dell’incidenza de

granulometriche. Prove del dispositivo completo nel laboratorio sperimentale e confronto con i separatori inerziali disponibili durante le campagne di monitoraggio. Messa a punto e calibrazione della strumentazione (impattori) per renderla idonea a monitoraggi in ambiente esterno. Individuazione delle metodologie e dei protocolli di campionamento e dei supporti filtranti per le successive determinazioni analitiche. Svolgimento di una serie di campagne di monitoraggio ambientale con la strumentazione in parallelo. Tali campagne, svolte presso il sito del laboratorio LaRI a eA dovranno essere r ppresentativ delle più frequenti

Attività icate,

. zione di

a lla umidità relativa sulla qualità delle misure

con particolare riferimento ai rapporti percentuali fra le varie frazioni

65

condizioni meteorologiche e di tipologia di inquinanti da studiare (provenienza

ta.

de di

i verificherà la fattibilità del dispositivo nelle seguenti situazioni:

el range i, come prescritti dalla normativa, con costi

mercio. P camera di prova statica in quanto l’efficienza di ingresso per gli aerosol fini è p prova. Verranno utilizzati degli aerosol monodispersi e polidispersi per verificare

anche in

industriale/urbana). Realizzazione delle analisi chimico chimico-fisiche e interpretazione dei dati con tecniche di analisi dei dati con statistica multivaria Per quanto riguarda i sistemi e test per l’applicazione della direttiva EN12341, sono previste delle prove in laboratorio per realizzare un dispositivo in grado di compensare l’umidità relativa presente nel microambiente di prova. Si preveutilizzare un sistema di sconfinamento del microambiente basato su dispositivi incommercio del tipo “usa e getta” quali quelli utilizzati nelle procedure di rimozione dell’amianto. S

a) ambiente già climatizzato con la richiesta del solo controllo della umidità relativa;

b) ambiente non climatizzato e di dimensioni tali da non consentirne il condizionamento.

Nel caso b) si verificherà la possibilità di ottenere un idoneo microclima ndi tolleranza dei parametrnotevolmente inferiori alle soluzioni attualmente disponibili in com

er quanto riguarda il controllo delle teste di prelievo di PM2.5 si realizzerà una

raticamente del 100%. All’interno della camera verrà alloggiata la testa in

l’efficienza di penetrazione dell’impattore alloggiato nelle teste. Si utilizzeranno aerosol solidi e liquidi per verificarne le caratteristiche di separazione funzione del carico di concentrazione.

- Il dispositivo per il monitoraggio simultaneo delle tre frazioni di aerosol ambientale, che sarà di limitato ingombro per essere posizionato agevolmente nelle situazioni ritenute più rappresentative, consentirà lo studio dell’andamtemporale delle frazioni granulometriche.- Studio della composizione chimica dell’aerosol campionato per individuare le possibili sorgenti di provenienza e studio del contenuto di IPA trasportati d

di nuova concezione, l’approccio complementare fra metodi chimici (che npossono essere svolte in tempo reale) e metodi fisici (sensore ottico) che forniscono i dati in tempo reale, così da realizzare l’integrazione fra tecniche di indagini complementari, in grado di fornire un supporto più completo ai modelldispersione e alle valutazioni sul rischio.

- Per quanto riguarda i sistemi e test per l’applicazione della direttiva EN12341, sintende ottenere un dispositivo che possa essere semplicemente utilizzato nelaboratori dove sono presenti bilance analitiche così da rendere più confrontabdati di concentrazione ambientale ottenuti, favorendo l’applicazione denormativa europea recepita a livello nazionale. In secondo luogo si intende, attraverso una procedura di determinazione delle caratteristiche di separazione in funzione migliore controllo sulla strumentazione che verrà utilizzata con sempre maggiore diffusione nel monitoraggio del PM2.5

Risultati attesi

ento

all’aerosol.Il risultato complessivo dell’OR sarà pertanto, oltre alle specifiche informazioni già descritte e al sensore

on

i di

i i

ili i lla

delle modalità d’uso, ottenere un

66

Obiettivo R


ealizzativo 6


Titolo dell'OR

Misura dei flussi di radiazione, di calore e di aerosol.

Tempo di lavoro previsto(mesi persona)

50

Obiettivi - Misura dei flussi di calore e di radiazione per lo studio della diffusione degli inquinanti in ambiente urbano (canopy urbana).- Misura del flusso turbolento

determinare le velocità di deposizione secca delle particelle, consentendo di caratterizzare il sito di campionamento come recettore o emettitore di aerosol.

verticale di aerosol al fine di

Metodologia i stazioni a “eddy-covariance” costituite da anemi veloci di CO2, di umidità, di O3 e di aerosol. St che

Impiego dmisurator

ometri sonici, azioni radiometri

per la misura delle componenti radiative in onda corta e lunga.

Svolgimento di campagne sperimentali presso il sito del laboratorio per la misurdei flussi delle varie grandezze. Messa a punto della metodologia sperimentale e di elaborazione dei dati

Risultati attesi dividuare in

tempo reale la provenienza dell’aerosol monitorato. Ciò risulta particolarmente

permettono una migliore

definizione del comportamento degli inquinanti nella reale struttura architettonica

Determinazione della velocità di deposizione a secco dell’aerosol. Il risultato integrato con le misure da lidar satellite e al suolo consente di in

importante nella conservazione delle opere monumentali dal degrado dovuto all’inquinamento atmosferico. Si pensi alla possibilità di avere una stima della velocità di deposizione a secco sulle superfici dei monumenti. La determinazionedei flussi di radiazione, di calore, di CO2 e di O3

della città.

ealizzativo 7


Biomonitora

Attività a

. Studio delle caratteristiche di flusso di aerosol nell’area attrezzata a laboratorio

Obiettivo R


Titolo dell'OR

ggio di particolato atmosferico (APM) in piante superiori e gruppi di lavoratori professionalmente


(mesi persona)

25

esposti.

Obiettivi - Sviluppare strategie per il monitoraggio attivo qualitativo e quantitativo del e sostanze inquinanti contenute mediante la

rilevazione in tessuti di piante superiori. - Mettere a punto opportuni sistemi di biosensori da posizionare in siti cittadini per

nvenzionalinel ante

correlare tali effetti con la durata dell’esposizione.

particolato atmosferico e dell

il monitoraggio biologico, da affiancare a centraline co-Rilevare gli effetti genotossici dei contaminanti presenti modello e

. particolato su pi

-Sviluppare strategie per il monitoraggio qualitativo di metalli pesanti mediante la

67

rilevazione in tessuti umani prelevati da lavoratori professionalmente esposti. - Valutare la frequenza, entro le categorie esposte, di individui ipersensibipatologie dell’apparato respiratorio media

Principio generale. Vengono proposti approcci di bioinbiomonitoraggio attivi, in cui piante superiori appositamente scelte in base alleloro caratteristiche verranno esposte in modo controllato a parinquinamento atmosferico, e analizzate al termine del periodo di esposizione perricavarne informazioni utili sul tipo e sul grado dell’inquinamento. Norganismi prescelti si analizzeranno biomarcatori, cioè parametri chimici, fgenetici, fisiologici che sono una manifestazione dell’effetto provoca

dicazione e

ticolari condizioni di

egli isici,

to dall’esposizione ai contaminanti, consentendone una valutazione in modo qualitativo o quantitativo. Parallelamente, la strategia di monitoraggio passivo di lavoratori professionalmente esposti all’inquinamento atmosferico consente di valutare mediante biomarcatori il livello di esposizione individuale. Nello stesso campione, si valuterà la presenza di individui ipersuscettibili agli effetti degli inquinanti mediante l’analisi di marcatori ecogenetici.

(i) Sistemi di biosensori per il monitoraggio attivo

Piante utilizzabili. Lolium multiflorum, Taraxacum officinale. Altre piante utilizzabili saranno scelte in base ad esperienze attualmente in corso, in modo da disporre sia di foglie con superficie altamente cerosa e glabra, sia di foglie ricoperte da tricomi (peli fogliari) che trattengano in modo più efficace il particolato: ginepro, evonimo, iperico, veronica, bosso, erica, aucuba, cotoneaster, pernettia, pruno, cineraria.

Piante modello per studi di genotossicità. Arabidopsis thaliana ecotipo Columbia.

Caratteristiche dei sistemi di biosensori. Per motivi di uniformità, le piante da usare come biosensori dovranno essere, entro specie, geneticamente uniformi (anche se non omozigoti), allevate a partire da seme o talea in condizioni simili e tutte con la stessa età, evitando esemplari evidentemente anomali o malati. Le piante dovranno essere esposte all’inquinamento atmosferico con le loro parti aeree, in siti dove l’aria possa circolare liberamente senza ostacoli, idealmente

nella stessa posizione delle centraline di rilevamento di parametri fisico-chimici.La posizione dovrà essere elevata per impedire l’accesso volontario o accidentaledi persone o animali terrestri, e sarà necessaria una protezione contro gli uccelli. Per evitare effetti di dilavamento da parte delle precipitazioni il biosensore sarà coperto da una tettoia e il terreno dei vasi sarà adeguatamente rifornito di acqua mediante annaffiatura dal basso. Le piante per la captazione del particolato atmosferico saranno esposte liberamente all’aria senza interposizione di filtri. Queste piante capteranno simultaneamente anche sostanze volatili e semivolatili (vedi OR “gas”). Per discriminare gli effetti genotossici attribuibili al particolato atmosferico si ricorrerà a test “ex situ” esponendo piante simili in condizioni controllate (serra) a campioni di particolato raccolti mediante campionatori nelle centraline.

(ii) Studio di lavoratori esposti

Gruppi di lavoratori professionalmente esposti: autisti di mezzi pubblici, addetti alla distribuzione della posta, vigili urbani. Controllo: colleghi che lavorano in ufficio (non esposti) con simile distribuzione per sesso, età, abitudini relative al fumo.

li a nte l’analisi di marcatori ecogenetici.

Metodologia

68

Campionamento: per la raccolta dei campioni occorrerà la collaborazione delle autorità sanitarie locali e il consenso informato degli individui oggetto dello studio. Il prelievo sarà non invasivo, limitandosi a saliva e capelli o peli facciali

e a urina. La distribuzione dei prelievi nel tempo

chimico-fisiche

(sopracciglia), ed eventualmentsarà decisa in base a una precedente valutazione dei turni di lavoro e delle abitudini delle varie categorie indagate. Per motivi etici e di privacy, i prelievi saranno mantenuti e analizzati in forma codificata in modo da impedire l’attribuzione dei risultati agli individui di provenienza. Analisiintrappolato tra i tricomi delle foglie esposte all’inquinamento può essere analizzato mediante microscopia elettronica a scansione e microanalisi ai raggi X (SEM/EDX, Scanning Electron Microscopy with X-Ray Dispersive analysis), consentendo di studiarne le caratteristiche strutturali e la composizione in elementi chimici, anche in modo semi-quantitativo. Con la stessa tecnica si possono analizzare i metalli pesanti presenti nei capelli o in altri peli corporei prelevati ai gruppi di persone nel corso dello studio.

Analisi genetiche

(i) Biomarcatori di effetti genotossici. insorgenza di mutazioni nel DNA di piante modello, Arabidopsis thaliana ecotipo Columbia, geneticamenteuniformi. La valutazione della frequenza di mutazioni insorte nel codell’esposizione ai contaminanti si effettuerà calcolando il numero di polimorfismi evidenziabili all’interno della popolazione esposta in confronto al numpolimorfismi evidenziabili in popolazioni di controllo mantenute in ambiencontrollati (camera di crescita) senza alcu

nucleare

rso

ero di ti

na esposizione. L’ipotesi di lavoro è che non esposte insorgano poche o nessuna mutazione, e che nelle e ne insorgano con maggiore frequenza, portando quindi a un

etto a popolazioni di

nelle popolazioni popolazioni espostnumero di polimorfismi maggiore nelle popolazioni esposte. L’identificazione di polimorfismi si effettuerà con le tecniche basate sui marcatori molecolari di tipo RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) e AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism), tecniche che analizzano simultaneamente decine di siti genomici grazie all’amplificazione mediante PCR di frammenti a partire da inneschi molecolari di sequenza definita e arbitraria. Variazioni nel numero e nella lunghezza dei frammenti amplificati in individui diversi identificano i polimorfismi e sono indice di mutazioni avvenute nella popolazione esposta. Il numero di polimorfismi è correlabile alla durata dell’esposizione per cercare una stima quantitativa della relazione tra esposizione ed effetto.

Si metteranno inoltre a punto tecniche di analisi proteomica, altamente innovative nell’ambito del biomonitoraggio, per identificare induzione di particolari enzimi o proteine correlabili agli effetti dei contaminanti. Sfruttando la completa conoscenza del genoma di Arabidopsis thaliana è infatti possibile identificare geni candidati la cui espressione venga presumibilmente indotta in condizioni di stress da inquinamento atmosferico comprendente sostanze organiche ed inorganiche. Ad esempio, geni come la glutatione sintasi e la gamma-glutamil-cisteina sintetasi sono indotti durante la risposta ai metalli pesanti. Investigando le variazioni di bersagli proteici specifici in estratti da piante trattate rispcontrollo si potrebbero identificare nuovi biomarcatori per la rilevazione degli effetti tossici dei contaminanti. (ii) Marcatori ecogenetici per la valutazione della ipersuscettibilità. I geni candidati da analizzare saranno ad esempio CYP1A1 (metabolismo degli IPA)

. Il particolato che aderisce alla superficie cerosa o

69

CYP2E1 (metabolismo del benzene), NQO1 (detossificazione di chinoni), GSTM1 e GSTT1 (inattivazione per coniugazione). Per l’identificazione dei polimorfismi nei marcatori ecogenetici si lavorerà su DNA estratto dai campioni biologici e selettivamente amplificato con PCR in modo da ottenere grandi quantità dei geni di interesse. Il polimorfismo verrà messo in evidenza mediante successiva digestione con enzimi di restrizione specifici in grado di fornire profili diversi in presenza di determinate mutazioni descritte in letteratura. Le analisi statistiche saranno effettuate con metodi non parametrici.

1-Scelta dei siti (8-10, urbani, suburbani, ad alto traffico e controlli) da sottoporre a monitoraggio in accordo con altre Unità e con Enti Locali. 2-Preparazione(i) Biosensori: Scelta e coltivazione delle piante da utilizzare combiosensori: Lolium multiflorum, Taraxacum officinale, Arabidopsis thaliana. Installazione e mantenimento dei biosensori(ii) Lavoratori: Scelta dei gruppsottoporre a monitoraggio per marcatori ecogenetici di suscettibilità, per metabolici di IPA nelle urine e per il contenuto di metalli pesanti nei capelli. Ottenimento delle autorizzazioni e dei consensi. Analisi d

periodi di esposizione. 3-Campionamento periodico 4-Analisi chimiche e genetiche. Analisi SEM/EDX del particolato presente sui campioni di foglie: Lolium e Taraxacum e altre specie. Analisi SEM/EDX di campioni di capelli. Analisi di polimorfismi RAPD e AFLP in piante modello (insitu ed ex situ): Arabidopsis. Ricerca di biomarcatori proteomici in Arabi5-Analisi statistica dei risultati 6-Correlazioni con dati da misure puntiformi forniti da altre Unità

(i.a) Evidenze di bioaccvegetali (i.b) Evidenze di cambiamenti mutazionali nel DNA di piante modello (i.c) Correlazioni tra concentrazione atmosferica, concentrazione nei tessuti edeffetti mutazionali per i singoli contaminanti (ii.a) Valutazione dell’esposizione a metalli pesanti in gruppi di lavoratori espostia inquinamento atmosferico (ii.b) Stima della frequenza di individui ipersuscettibili nelle popola

(ii.c) Correlazioni tra dati di concentrazione atmosferica, esposizione dei soggetti dati di ip

ealizzativo 8


Modellistica dello scattering da polveri (scatterometria) e radiometria solare per ae

Tempo di 29

Attività

e

i da

elle abitudini di vita e lavorative, costituzione dei gruppi esposti e di controllo, identificazione dei

dopsis.

Risultati attesi

umulo o bioconcentrazione di elementi chimici in tessuti

zioni esposte e di controllo

e ersuscettiblità

Obiettivo R


Titolo dell'OR rosol (fotometria solare,

nefelometria, PSAP, metodi d’inversione). lavoro previsto(mesi persona)

Obiettivi Caratterizzazione delle proprietà ottiche degli aerosol presenti in atmosfera.

70

Metodologia ti d’impiego di codici di calcolo per la determinazione delle proprietà radiative degli aerosol da misure di laboratorio o in campo: in questo ambito, si utilizzeranno (1) metodi d’inversione, come quello di

N / ACEensionale degli aerosol da

rosol a più lunghe ) codici di calcolo, come il codice 6S, per la definizione delle proprietà radiative

ntali ari

RAD e

56

Messa a punto dei procedimen

King (1982) usato durante l’esperimento CLEARCOLUMdeterminazione della forma della distribuzione dimmisure dei coefficienti di estinzione degli ae

-2, per la

zze d’onda, e (2

degli aerosol in polidispersioni di diversa natura (compresi gli aerosol continee urbani). In campo sperimentale si prevede l’impiego di diversi fotometri solmultispettrali realizzati presso l’ISAC-CNR (modelli ASP-15WL, IR-UVISIR), di nefelometri e fotometri PSAP. Il gruppo dispone di (a) un nefelometro (M903, Radiance Research) idoneo a misurare il coefficiente di scattering degli aerosol alla lunghezza d’onda di 530 nm, utilizzando l’intero campo di radiazione diffusa sull’angolo solido 4 π, e (b) un fotometro PSAP (Particle Soot Absorption Photometer, Radiance Research) che permette di misurare il coefficiente di assorbimento degli aerosol alla lunghezza d’onda di 6nm, sfruttando la variazione della trasmissione ottica di un filtro prodotta dalle particelle depositate sulla superficie del filtro stesso.

Sono previste misure in laboratorio e in campo delle proprietà radiative degli aerosol per la loro caratterizzazione ottica e per il conseguimento di risultati uallo sviluppo di nuova strumentazione e di nuove metodologie sullo scatteringdelle polveri. In particolare, l’impiego del nefelometro e del fotometro PSAP avverrà tenendo conto delle esperienze acquisite a livello di comunità scientifinternazionale durante gli ultimi dieci anni.

Grazie (1) all’utilizzo di strumentazione avanzata (fotometri solari multispettralIR-RAD e AASP-15WL, nefelometro M903, PSAP e proprietà di scattering e assorbimento degli aerosol e (2) all’impiego di metodcalcolo, modelli di estinzione (scattering + assorbimento) degli aerosol, basati sulla teoria di Mie, e modellistica dello scattering degli aerosol applicata a misuredi laboratorio, potranno essere fornite tutte le conoscenze utili e necessarie alla definizione delle proprietà radiative degli aerosol per una loro applicazione nello sviluppo di nuove tecnologie.

Obiettivo R

Titolo del ttoprogetto

Remote Sensing

ealizzativo 9

Attività tili

ica

Risultati attesi

i altri) per la misura delle

i di

so

Titolo dell'OR Misure di concentrazione di gas al suolo con tecniche DOAS lungo percorsi orizzontali (O3, NO2, SO2, BTX , Formaldeide ed altri gas).

Tempo di lavoro previsto(mesi persona)

22

71

Obiettivi L’obbiettivo di questo OR è lo sviluppo di sistemi di osservazione di gas inquinanti al suolo mediante metodiche a remote sensing. Le specie gassose interessate sono: O3, NO2, SO2, Benzene, Toulene, xilene, formaldeide, p-xilene,

fenolo. La maria

dell’ozono troposferico. La strum S proposta a tale scopo è in grado di effettuare in modalità continua la misura di

. La è un

m-xilene, benzaldeide, etilbenzene, m-cresol, p-cresol,composti è essenziale per la definizione della qualità dell’comprensione della chimica

isura di qu e per la entazione DOA

esti

queste sostanze su cammini orizzontali variabili dell’ordine del chilometrodisponibilità di database delle varie specie integrata con modelli diffusionali elemento essenziale per la costruzione di un modello previsionale di alto livello. Il sistema di osservazione sarà costituito da una parte ottica-spettrometrica, da un sistema di acquisizione e da un sistema di analisi con l’obbiettivo è processare i dati in tempo reale.

La metodologia di misura sarà basata sui sistemi attivi DOAS costituiti da uno spettrometro ad alta risoluzione spettrale operante nella regione spettrale del visibile e vicino ultravioletto e da una sorgente di radiazione a spettro pressoché continuo con alta emissività nella regione dell’ultravioletto e del visibile. Lo spettrometro e la lampada sono posizionati agli estremi di un cammino ottico rettilineo di lunghezza definibile al momento dell’istallazione nel sito di misura eil metodo si basa sullemessa dalla lampada lungo il cammino noto. Fondamentale è la conoscenza decross-section di assorbimento dei gas assorbenti nella regione spettrale indagata

- Sviluppo di software di analisi all’avanguardia capace di ottimizzare i tempi di analisi spettrale complessi. - Creazione di un data base delle cross-section di assorbimento dei gas indicatipunto precedente facilmente gestibili dall’utente in modo da selezionare in modalità di misura solo le specie di interesse. -attività di comparazione in campo con analizzatori tradizionali con l’obbiettivo di testare i valori forniti dalla strumentazione DOAS.

Risultati attesi

e gassose fondamentali per lo studio della qualità

Il lavoro menzionato consentirà di mettere a punto un sistema all’avanguardia perla misure di numerose specidell’aria e la creazione di un software di analisi dei dati e controllo dello stato del sistema user friendly.

Metodologia

a misura dell’assorbimento ottico subito dalla radiazione

lle .

Attività

nel


itolo del sottoprogetto

Remote Sensing T

Titolo dell'OR

Analisi di dati da satellite (SCIAMACHY) per la definizione del contenuto colonnare troposferico e della stima delle concentrazioni al suolo di O3 SO2 NO2

Tempo di lavoro

previsto

17.5

72

Formaldeide. (mesi persona)

Obiettivi L’obbiettivo di questo OR è quello di fornire agli uimpiegare osservazioni effettuate da strumentazione satelqualità dell’aria. In particolare verranno prese in considcontenuto colon

tilizzatori un mlitare per lo della

erazione le i nare troposferico di O3, SO2, NO2, Formaldeide effettuate dallo

spettrometro SCIAMACHY installato sul satellite ENVISAT, lanciato in orbita nel Marzo 2002. Il vantaggio delle misure da satellite è quello di fornire un quadro

degli

etodo per studio

misure d

spaziale molto più ampio con la possibilità di studiare e osservare il trasportoinquinanti e monitorare aree non coperte da reti di osservazione al suolo. Esse hanno tuttavia per ora inconvenienti quali la bassa risoluzione spaziale (30x60Km2) e temporale (un passaggio in uno stesso posto ogni 3 giorni). Tuttavia le metodologia di misura sono in continuo evoluzione ed è previsto per i prossimi anni la disponibilità di prodotti di alta qualità. L’obbiettivo che ci si propone è quello di realizzare una metodologia chiara su come l’utilizzatore del prodotto possa sfruttare queste osservazioni per stimare i contenuti colonnari e le concentrazioni al suolo delle specie gassose sopra menzionate.

Lo spettrometro SCIAMACHY effettua misure di radiazione solare diffusa dallaterra in configurazione nadir. Gli spettri saranno analizzati con la metodologia DOAS per ottenere i contenuti colonnari delle varie specie gassose. Il contenutocolonnare troposferico dei gas è stimato con diverse tecniche che si basanassunzioni realistiche sullo stato dell’atmosfera e sulla distribuzi

effettuate con strumentazione installata al suolo su base stagionale, al fine di stimare la sensibilità del satellite alle diverse condizioni atmosferiche e definireuna curva di calibrazione stagionale che permetta di ricavare le concentrazioni degas al suolo.

- Raccolta dati da satellite mediante il canale di distribuzione dell’ESA. - Elaborazione DOAS degli spettri. - Applicazione metodi di calcolo e la stima dei contenuti colonnari troposferici dgas. - Confronto co

altezza dello strato di rimescolamento, distribuzione verticale dell’inquinall’interno dello strato medesimo, co- Stima delle concentrazioni al suolo dei gas e procedura di validazione degli stessi medi- Realizzazione di un interfaccia utente per il trasferimento della metodolog

Metodologia per utilizzare misure da satellite nel campo del monitoraggio ambientale. Il metodo sarà trasferito agli utilizzatori grazie adutente.

Remote

Metodologia

o su

one verticale delle specie gassose. Si propone di applicare procedure di validazione con misure

i

Attività

ei

n misure omogenee effettuate con strumentazione al suolo. - Definizione di curve di calibrazione per diverse condizioni atmosferiche (come:

ante pertura nuvolosa, ecc.).

ante misure DOAS indipendenti. ia

Risultati attesi un interfaccia



Sensing

73

Titolo dell'OR Sviluppo di strumentazio

ne e metodologie DOAS per la ricostruzione tomografica da terra degli inquinanti


(mesi persona)

18

gassosi.

Obiettivi Uno dei limiti delle attuali centraline di osservazione della qualità dell’aria è onre b

ale di alc con metodologia DOAS in modalità passiva (NO

bile e in

quello di non fornire alcuna informazione sulla distribuziinquinanti. L’obbiettivo di questo OR è quello di sviluppauna metodologia per ricavare la distribuzione verticmisurabili

e verticale degli e rendere disponiuni inquinanti

2, O3, SO2,

ile

formaldeide). L’utilità di una tale tipo di informazione è facilmente evidenziasoprattutto in situazioni in cui bisogna prevedere lo sviluppo di una situazioncontinua evoluzione dinamica dove gli inquinanti sono trasportati all’interno del PBL ma a quote più elevate rispetto il suolo.

La metodologia che si intende sviluppare è connessa a una modalità di osservazione dell’atmosfera basata su misure di radiazione solare diffusa con spettrometri DOAS lungo angoli di osservazione variabili tra lo zenit e la linea orizzontale. Tale configurazione di misura, denominata, off-axis, consente di sondare l’atmosfera in condizioni geometrichedel gas indagato. La metodologia di analisi dei dati così ottenuti è moltouna tomografia della porzione di atmosfera osservata. La proiezione dello spesottico secondo diversi angoli consente mediante metodi di calcolo complessi di ottenere un informazione sulla distribuzione del gas all’interno dell’atmosferastessa.

- Sviluppo delle metodologie tomografiche per l’analisi delle misure. - Determinazione delle condizioni di misura ottimali per migliorare il risultato finale. Tali condizioni saranno ottenute con simulazioni del modello di analisi e riguarderanno la scelta degli angoli di osservazione e l’accuratezza richiesta nemisura p- Campagna di misura per testare e validare il metodo proposto. - Realizzazione di un interfaccia utente per il trasferimento della metodologia.

Metodo di misura della distribuzione verticale di alcuni inquinanti all’interno del PBL. Il metodo sarà trasferito agli utilizzatori grazie ad un interfaccia utente.

ealizzativo 12

T Remote Sensing

Metodologia

diverse ottenendo lo spessore ottico simili ad

sore

Attività

lla er ottenere un risultato soddisfacente.

Risultati attesi

Obiettivo R

itolo del sottoprogetto

Titolo dell'OR Misure da aereo con tecn

iche congiunte DOAS e LIDAR per la misura delle concentrazioni di gas (O3, SO2, NO2,

lveri con tecniche innovative.

Tempo di lavoro

previsto(mesi

persona)

13

Formaldeide) e po

Obiettivi L’obiettivo del presente OR è quello di fornire uno strumedell’inquinamento atmosferico in vaste aeree non coperte,

nto per l no coperte rte

’osservaziosolo in pa

e

da strumentazione al suolo A tale scopo si attrezzerà un aereo CESS conNA 147

74

strumentazione all’avanguardia per la misura in continua di gas e aerosol che potrà costituire una sorta di facility a disposizione degli utilizzatori.

Metodologia

aneamente la radiazione solare diffusa a diversi angoli zenitali tramite un ottica di ingresso

no

idar

e

Per la complessità dell’OR, si prevedono diverse metodologie di osservazione. Lemisure di gas (O3, SO2, NO2, Formaldeide) saranno effettuate con spettrometri DOAS costruiti ad hoc per operare su piattaforma volante. La metodologia di osservazione è di tipo off-axis, ossia lo strumento misura simult

tecnologicamente avanzata. Il moto dell’aereo consentirà di ottenere diverse proiezioni della stessa porzione di atmosfera vista da diversi angoli. Metodologiadi analisi complesse e basate sulle inversioni di proiezioni spaziali, consentirandi ricavare il profilo di concentrazione dei gas dalla quota di volo dell’aereo alsuolo. Per quanto concerne gli aerosol è prevista invece l’utilizzo di un mini-Loperante a tre diverse lunghezze d’onda. Lo strumento misurerà la radiazionemonocromatica retro-diffusa dall’atmosfera in geometria nadir rispetto all’aereo. L’obbiettivo è quello di ottenere dalla tre misure indipendenti in tre lunghezze d’onda indagate tre classi dimensionali per il materiale particolato (PM2.5, PM5PM10).

- Sviluppo ed acquisizione di strumentazione remote sensing di tipo innovativo. - Studio dell’integrazione della strumentazione sulla piattaforma volante. - Sviluppo delle metodologie di analisi dei dati indirizzate ad una facile lettura delle misu

utente.

Realizzazione di uno strumento di indagine dell’atmosfera capace di osservare aree estese in breve tempo. La creazione di una infrastruttura di gesconsentirà l’utilizzo di un tale mezzo ad utenti finali per osservazioni di tipo ambienta

Obiettivo R


Remote Sensing

ealizzativo 13

Attività

re in tempo reale durante l’effettuazione del volo stesso. - Realizzazione di una infrastruttura di gestione del velivolo e di interfacciamento

Risultati attesi tione affiancata

le.

Titolo dell'OR Modellistica di trasferime

nto radiativo a scattering multiplo.


(mesi persona)

16

Obiettivi Tutte le metodiche di analisi dei dati menzionate negli OR 2.2-2.4 necessitano di . L’osservazione n

a sull’interazione della radiazione elettromagnetica con l’atmosfera. E’ quindi indispensabile l’utilizzo di modelli dradiativo capaci di simulare nel miglior modo possibile le condizioni di misura per

modellistica atmosferica molto complessaremote sensing si bas

con strumentazio

i trasferimento

e a

poter ricavare poi l’informazione richiesta sulle concentrazioni dei gas in modo corretto. L’obbiettivo è quindi quello di mettere a punto un modello di trasferimento radiativo basato sullo scattering multiplo da interfacciare alle metodiche di inversione dei dati presentate negli OR 2.2-2.4.

75

Metodologia n modo

li verrà interfacciato, esposti negli OR 2.2-2.4, sono basti essenzialmente su metodiche di

a invertire

Il modello di trasferimento radiativo è basato su un trattamento Montecarlo delloscattering multiplo. Le condizioni atmosferiche iniziali sono definibili imolto particolareggiato impostando tutti i parametri che definiscono le caratteristiche ottiche dell’atmosfera. I metodi di analisi ai qua

inversione che prevedono il calcolo di funzioni peso atmosferiche che simulano lasensibilità dell’atmosfera al tipo di misura eseguita. Il modello calcolerà tali funzioni peso per la costruzione di equazioni lineari multidimensionali dcon metodi ad hoc.

- Messa a punto del modello a scattering multiplo. - Sviluppo di pacchetti software aggiunti per il calcolo delle funzioni peso.

Si avrà a disposizion

distribuzioni dei gas misurati con metodologia DOA

Obiettivo R


Remote Sensing

ealizzativo 14

Attività

Risultati attesi

e un modello di trasferimento radiativo in atmosfera all’avanguardia capace di interfacciarsi a metodi di analisi per ricavare le

S in atmosfera.

Titolo dell'OR Studio di applicazioni de

dicate: mappatura delle aree a rischio e Valutazione di Impatto Ambientale (VIA).


(mesi persona)

15

Obiettivi Si propone di fornire delle metodologie combinate di indagine, basate sulla pat

delle aree a ri lla Valutazione di Impatto Ambientale (VIA). Le facilities che saranno realizzate negli OR 2.1-2.4 costituiscono degli strumenti di osservazione della qualità

strumentazione e sulle metodiche di osservazione svilupparticolare si focalizzerà l’attenzione sulla mappatura

e negli OR 2.1-2.4schio e su

. In

dell’aria capaci di fornire singolarmente informazioni di diverso tipo sulla composizione chimica dell’atmosfera nel basso strato. Combinati assieme però possono essere utilizzati per tasks molto specifici come quelli sopra menzionati.

Si studierà un uso combinato di strumentazioni e metodi di calcolo per l’osservazione della qualità dell’aria indirizzata ai due task specifici focalizzandosi sulla coordinazione tra le diverse osservazioni ed ottimizzando lerisorse a disposizione. A tale scopo si prevede l’uso dell’aereo attrezzato e di un

configurazione attiva (OR 2.1) e passiva (OR 2.2). Lo sviluppo della medi indagine sarà suddivisa a seconda della diverse categorie di fenomosservare.

- Preparazione di un mezzo mobile attrezzato con strumentazione scientific- Creazione di una unità di coordinamento per la gestione del mezzo mobile e dell’aereo scientifico attrezzato. - Sviluppo d

- Creazione di una interfaccia utente per il trasferimento sia del know-how

Metodologia

mezzo mobile dove installare strumentazione di tipo DOAS per misure in todologia

eni da

Attività a.

i metodologie di indagine per la mappatura di aree a rischio e per analisi VIA.

76

acquisito.

Questo OR foosservazioni e analisi all’avanguardia che una infrastruttura coordinata caparichiesta, di

Obiettivo R

Titolo del Remote Sensing

ealizzativo 15

Risultati attesi

rnirà sia una metodologia di indagine ambientale dedicata basata su ce, su

fornire un servizio altamente qualificato.

sottoprogetto

Titolo dell'OR Individuazione di strumenti e metodologie per la stima M alla superficie da misure satellitari.


(mesi persona)

18 del contenuto di P

Obiettivi Questo OR consiste nell'analisi di dati derivati da strumesatellitari per la determinazione del contenuto colonnare e

nti delle prop che

del particolato sospeso. Inoltre verranno individuate metodologie di analisi per derivare le concentrazioni di PM al suolo dalle misure del contenuto colonnare di

a bordo di piattaforietà otti

rme

aerosol.

Scegliere i sensori satellitari più efficienti che forniscono l'informazione sullo spessore ottico e le proprietà ottiche degli aerosol in atmosfera.Predisporre un sistema di

esempio trasporto di sabbia desertica e biomassa dovuta a incendi.

-Studio delle caratteristiche di tutti i sensori satellitari al momento operativi. -Sviluppo di algoritmi per la determinazione di una correlazione empirica trparametri geofisici colonnari e concentrazioni al suolo.

confronto con le misure a terra delle centraline ARPA.

Mappe di contenuto colonnare degli aerosol e relative prmetodologia per derivare da queste le stime quantitative di contenuto di PMPM 2.5 al suolo in forma di mappe. Lo scopo finale è qu

Metodologia

analisi combinato di dati provenienti da satelliti polari e immagini fornite da satelliti geostazionari per il monitoraggio degli aerosol, come ad

Attività a

-Validazione della metodologia e calibrazione delle stime di PM, mediante

Risultati attesi

oprietà ottiche e 10 e

ello di fornire indicazioni ausiliarie sulla qualità dell'aria rispetto alle misure in situ prodotte da ARPA.


Titolo del Remote Sensing sottoprogetto

Titolo dell'OR Sviluppo di uno spettrometro con tecnologia Tempo di lavoro 36

77

planare. previsto(mesi persona)

Obiettivi Realizzazione di microstrumentazione ottica dosservazio

i elevate prene della Terra, mediante microlavorazioni che combinino tecnologie di

ottica ed elettronica integrata, conosciute con l’acronimo MOEMS (Micro Electro-Optical Systems).Dimostrare la possibilità di utilizzare le tecnologie MOEMS per

cadute

stazioni, per

strumentazione ad alta risoluzione spettrale per attività ambientali. Le ritecnologiche per la nostra industria sono evidenti.

Applicazione della tecnologia planare, mutuata dalla microelettronica, per la realizzazione di un spettrometro, in configurazione interferometro Mach-Zehndoperando in intervallo spettrale molto esteso da 400

dispositivo, le variazioni di cammino ottico, tradizionalmente prodotte medianmovimento di specchi od altri elementi ottici, sono realizzate modificando l’indice di rifrazione di uno dei bracci dell’interferometro mediante applicazione di un campo elettrico uniformemente variabile in modo controllato.

-Studio preliminari per determinare le principali caratteristiche spettrali necessari per raggiungere gli obiettivi proposti. -Disegno e costruzione mediante la tecnologia planare di un spe

-Test dello strumento in campo.

-Modello integrato per simulazione dello spettrometro. -Costruzione di un spettrometro. -Risultare all’avanguardia nel sett

Obiettivo R

Titolo del Modellistica e Calcolo

ealizzativo 17

Metodologia er,

nm fino a IR, di piccolissima dimensione e permettendo così una grande riduzione dei costi. In questo

te

Attività

ttrometro. -Caratterizzazione, calibrazione e validazione dello spettrometro in laboratorio.

Risultati attesi

ore.

sottoprogetto

Titolo dell'OR Implementazione di una Architettura di Rete, lcolo tecnico-scientifico.


(mesi persona)

38 LaRIA_Infonet, per il ca

Obiettivi - Costituzione info-struttura tecnico scientifica(LaRIA_Infonet).

avanzata pe R

- Condivisione dell'Architettura LaRIA_Infonet con gli stannazionale GARR della Ricerca.

ione e conoscenze a supporto del suo sistema scientifico e dei

r il Laboratorio La

dard della rete

IA

- Realizzazione di un LaRIA Portal Knowledge Management system per lo sharing di informazprocessi di innovazione interni.

Utilizzare gli strumenti della sistemistica informatica e di sviluppo di reti geografiche per il calcolo tecnico scientifico basato su architetture di tipo peer to peer, protocolli Internet, TCP/IP

nella sottorete LaRIA Infonet (Calcolatori software dati modelli) Saranno estesi

Metodologia

e integrato nella rete GARR. Tutti i partner del Laboratorio LaRIA renderanno disponibili le risorse necessarie da condividere

78

e qualificati i risultati di progetti di Knowledge Management, a supporto delle esigenze di sviluppo della modellistica.

- Realizzazione della LaRIA Intranet-GARR, fra sistemi o sottoreti di calcolo condivise all'interno della partnership LaRIA, per la modellistica e il calcolo. - Realizzazione di un LaRIA Portal Know

ricerca per tutti i settori di competenza, e quindi funzionalmente integrata all’interno di LaRIA_Infonet.

Il Laboratorio sarà dotato in modo permanente della risorsa LaRIA_Infonet, cil sistema di rete avanzato per il calcolo e la valorizzazione delle proprie competenze nella Modellistica e

ealizzativo 18

Attività

ledge Management system, per la condivisione delle conoscenze, esperienze e risultati prodotti dalle attività di

Risultati attesi

he è

nella gestione di dati sperimentali sugli inquinanti atmosferici.

Obiettivo R

Titolo del Modellistica e Calcolo sottoprogetto

Titolo dell'OR Modellistica computazionale. Tempo di lavoro previsto(mesi persona)

43

Obiettivi -Implementazione, clusterizzazione di algoritmi innovativi nel campo della izzati anche seco l

mondo open source, e a forte valenza industriale; - sviluppo di modelli a scala locale e regionale per la simulazione degli effetti

e dai

la normalizzazione di modelli e

modellistica dell'atmosfera, real ndo i principi ispiratori de

della turbolenza sugli inquinanti atmosferici, ivi compresi le rilevanze indottcontributi scientifici legati alla linea tematica sensoristica, al remote sensing;- fornire obiettivi di qualità per la certificazione e punti di misura per le esigenze di monitoraggio ambientale urbano.

Approfondire metodi computazionali innovativi al fine di migliorare la loro affidabilità in contesti anche complessi. Saranno anche utilizzati standard di sviluppo che consentano un facile controllo sulle implementazioni re

criteri della Open Source Computing. Infine particolare attenzione verrà datacontributi sugli standard di qualità nello sviluppo della modellazione, per la normativa di certificazione dei modelli.

Studio di algoritmi innovativi, tecniche di modellazione, sperimentazione di architetture hardware e software, sia per il calcolo scalare che parallelo e distribuito, al fine di meglio qualificare l’

Specifico interesse avrà l’uso di architetture di rete per il calcolo distribuito adi sostanziare i contributi derivanti dalle reti GRID a favore della modellissettore. Condivisione delle esperienze e risultati attraverso l’utilizzo delle retito peer.Classificazione dei modelli sulla base delle loro finalizzazioni d’uso, dalgoritmi utilizzati e delle tecniche implementative per realizzare un cluster di modelli documentati e corredati di test di esercizio (sviluppo di tutorial e

Metodologia

alizzate per garantirne un impiego user friendly. Per questo la tendenza sarà quella di adottare i

ai

Attività

impiego dei modelli nel campo dei vincoli di esercizio che caratterizzano le attività di monitoraggio ambientale.

l fine tica di

peer egli

79

strutturazione di Faq – on Line, ecc.).Caratterizzazione e validazione Modelli, ROI e sostenibilità degli investimenti nel campo delle politiche per l'analisi degli inquinanti atmosferici, specie su scala locale o urbana.

Innovazioni nel campo della progettazione dei modelli avanzati ed affidabili per lo studio di inquinanti atmosferici, con caratteristiche user friendly. Programmodi modelli validati open source e di interesse industriale

per lo sviluppo di obiettivi di qualità nel campo della modellistica per il controllo degli inquinanti atmosferici di tipo open source.

tica

Risultati attesi teca

a favore dello sviluppo di competenze nella Modellistica degli inquinanti atmosferici. Norme significative

3.4 TempisGANTT relativo al sottoprogetto "Sensoristica (gas e polveri)"

ANTT relativo al sottoprogetto "Remote Sensing"

G

80

GANTT relativo al sottoprogetto "Modellistica e Calcolo"

.5 Capacità tecnica delle capacità tecniche messe a disposizione dagli enti proponenti risorse scientifiche umane e tecnologiche disponibili presso i

3Per quanto riguarda il potenziale vanno menzionate le notevoli laboratori del CNR e dell’ENEA e dei Dipartimenti Universitari coinvolti. A ciò si aggiunge il fatto che tra gli enti sostenitori esistono industrie fortemente interessate e coinvolte nello sviluppo dei sensori innovativi, ed enti di controllo, prevalentemente pubblici, che sono disposti a fornire tutta la loro competenza e le attrezzature tecnico-scientifiche per il raggiungimento degli obiettivi e la validazione dei risultati prodotti. E’ quindi evidente che la sinergia tra i vari soggetti coinvolti in LaRIA, già in parte sperimentata in passato, può trovare nel Laboratorio stesso la sua più concreta e efficace realizzazione, incrementando le singole potenzialità e permettendo ai soggetti di sviluppare nuove strategie operative derivanti dalla condivisione di obiettivi, esperienze e risorse.

3.6 Fattibilità finanziaria

81

Il budget disponibile, già da ora struttsoggetti proponenti, consentirà al Labor

urato in dettaglio integrando le risorse economiche dei atorio LaRIA di iniziare e proseguire nella realizzazione

€. Tuttavia, per ottemperare le raccomandazioni dei valutatori, che

iversità, EPR, Consorzi) che, istituzionalmente e

rse scientifiche che condividono punte di eccellenza nel no realizzate sintesi di lunghe esperienze scientifiche

degli obiettivi prefissati. Ci si adegua alla riduzione del contributo regionale proposto in sede di valutazione, portato

lla cifra di 797.841,00 asuggeriscono un maggiore impegno nei settori tecnologici e in particolare nello sviluppo di una nuova classe di sensori a stato solido, la diminuzione percentuale delle quote è stata meno accentuata per il sottoprogetto sensoristica. Ciò ha comportatole un aumento di solo alcuni percentuali nella decurtazione suggerita dal rapporto dei valutatori. Pertanto, per non compromettere l’interezza del progetto si propone, cortesemente, di portare la cifra del contributo regionale a 848.330,00 €. LaRIA potrà godere di cofinanziamenti riconducibili a disponibilità di competenze e risorse trumentali di istituzioni scientifiche nazionali (Uns

soprattutto per loro vocazione e specializzazione, rappresentano punti di eccellenza nel campo della ricerca ambientale. LaRIA è di fatto un Progetto per realizzare quel processo di razionalizzazione e ottimizzazione degli investimenti nel campo della Ricerca ambientale per portare le attività industriali regionali in questo settore in una posizione preminente rispetto alle altre realtà nazionali. L’attività comune, che verrà sviluppata attraverso collaborazioni in progetti specifici, consentirà di ottimizzare le risorse economiche interne incrementandone le potenzialità. Ciò premesso va ricordato che: - i proponenti al progetto prevedono di inserire lo stesso in attività scientifiche nazionali ed europee (6° PQ, FISR, LIFE, GMES, ASI, ESA); - il mercato potenziale della sensoristica per il controllo ambientale e meteorologico è in forte crescita e pertanto le industrie regionali di settore vanno aiutate nella fase iniziale di decollo; - la componente industriale dei sostenitori al progetto, prevalentemente composta da PMI, verrà avvantaggiata dalle potenzialità del Laboratorio di convogliare su di esso notevoli capitali finanziari, provenienti sia da grandi industrie che dai finanziamenti alla ricerca pubblica. - l’avvio di tale progetto può già prefigurare sinergie scientifiche e finanziarie con altre regioni per condividere strumentazioni di eccellenza (aereo attrezzato) e promuovere futuri possibili insediamenti industriali (stabilimento per la produzione di tecniche planari).

3.7 Contenuto innovativo Il Laboratorio offre disponibilità di risocampo della ricerca ambientale. Vengosviluppate in progetti internazionali di ricerca e di innovazione tecnologica che, diversamente dal passato, per la prima volta vengono messe a disposizione in modo strutturato e condiviso. Nei tre sottoprogetti vengono proposte numerose soluzioni di forte contenuto innovativo, alcune delle quali trasferibili alle realtà industriali in tempi anche relativamente brevi. L’articolazione del progetto prevede poi soluzioni metodologiche ed analitiche all’avanguardia che potrebbero diventare il punto di riferimento per nuove tecniche di misura e di analisi degli inquinanti atmosferici su piccola e media scala. Va ricordato infatti che attualmente manca, da parte di chi è preposto al controllo della Qualità dell’Aria, un punto di riferimento regionale a cui rivolgersi per quanto riguarda aggiornamenti tecnici e metodologici ed a cui presentare eventuali problematiche. Globalmente le risorse messe a disposizione in rete dal laboratorio potranno fornire strutture capaci di pilotare progetti integrati creando per la prima volta un riferimento qualificato nel controllo della Qualità dell’Aria per imprese, non solo regionali, pubbliche amministrazioni, e per lo stesso sistema della ricerca.

82

3.8 Strategie per la collaborazione Le collaborazioni scientifiche esistenti tra i partner dprecedenti programmi finalizzati a tematiche am

i LaRIA, già sviluppatesi in occasione di bientali o climatiche, troveranno, nella

strutturazione del progetto, la loro massima espressione, cercando di valorizzare le singole

orizzati e ampliati nell’ambito del progetto.

all’interno della prevista rete regionale di

competenze dei proponenti ed armonizzando le linee tematiche amalgamandole nei previsti task trasversali. Per quanto riguarda gli intrecci con gli enti sponsorizzatori, sia nel campo prettamente tecnologico come pure in quello preposto al controllo, esistono già precedenti esperienze con tali enti che verranno valL’articolazione delle collaborazioni tra i gruppi sostenitori è tutta mirata a promuovere solidi canali d’interscambio e l’opportunità di sviluppo di progetti industriali e di innovazione, sia tecnologica che nel campo delle metodiche di analisi e modellazione.Non da ultimo si intende ottimizzare le risorse globali del Laboratorio e migliorarne l’efficienza stipulando una stretta e continua collaborazione con ASTER, soprattutto riguardo alle attività di trasferimento tecnologico e di armonizzazione di LaRIA laboratori. Ciò verrà attuato anche inserendo personale ASTER all’interno del Comitato Tecnico Scientifico del Laboratorio, in quanto, come già enunciato precedentemente, organo preposto a tali attività.

3.9 Ruolo dei partecipanti totali

7 OR8 OR9 OR10 OR11 OR12 OR13 OR14 OR15 OR16 OR17 OR18ISAC-CNR 0,0 0,0 0,0 0,0 10,0 6,0 0,0 4,0 5,0 3,5 4,0 3,0 3,0 3,0 4,0 4,0 0,0 3,0 52,5IBIMET-CNR 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 10,0 2,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 12,0IMM-CNR 3,0 3,5 5,5 4,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 7,0 0,0 0,0 23,0IMEM-CNR 25,0 7,5 7,5 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 40,0ENEA-PROT 0,0 0,0 0,0 0,0 5,0 0,0 0,0 3,0 0,0 0,0 0,0 0,0 2,0 0,0 0,0 0,0 12,0 11,0 33,0DIEM-UNIBO 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 2,0 2,0 2,0 2,0 1,0 0,0 2,0 0,0 0,0 0,0 0,0 11,0DIP FISICA-UNIFE 6,0 5,0 6,0 4,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 21,0DIP S. AMB.-UNIPR 2,0 3,0 0,0 5,0 0,0 0,0 10,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 20,0ARS-CGS 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 4,0 0,0 2,0 0,0 6,0Fondazione Marconi 0,0 5,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 5,0Totale personale interno 36,0 24,0 19,0 13,0 15,0 16,0 12,0 9,0 7,0 5,5 6,0 4,0 5,0 5,0 8,0 11,0 14,0 14,0 223,5Totale nuovo personale 33,0 37,0 29,0 21,0 34,0 34,0 13,0 20,0 15,0 12,0 12,0 9,0 11,0 10,0 10,0 25,0 24,0 29,0 378,0Totale 69,0 61,0 48,0 34,0 49,0 50,0 25,0 29,0 22,0 17,5 18,0 13,0 16,0 15,0 18,0 36,0 38,0 43,0 601,5

modellistica calcolo

remote sensing

Partecipante OR1 OR2 OR3 OR4 OR5 OR6 OR

sensoristica (gas e polveri)

83

PARTE 4 - COERENZA CON IL PRRIITT E RISULTATI ATTESI

4.1 Coerenza con gli obiettivi del Programma Regionale per la Ricerca Industriale, l'Innovazione ed il Trasferimento Tecnologico Il necessario investimento in termini di risorse economiche ed intellettuali produrrà, anche attraverso la stretta collaborazione tra mondo della ricerca e delle imprese, che per la maggior parte sono disposte a sponsorizzare la proposta con propri uomini e strutture, (vedesi ad es. la lettera di ARPA-ER dalla quale si evince un interesse precipuo e dettagliato a tutte le fasi del progetto) una vasta ricaduta in tutto il tessuto regionale sia nel campo delle PMI di settore che negli Enti preposti al controllo. Alla luce di ciò il Laboratorio LaRIA può essere visto come un reale canale di interazione tra impresa e ricerca, nel quale l’impresa può indirizzare la ricerca affinché vi siano soluzioni a problematiche concrete, dando, da parte sua, la possibilità di valorizzare i risultati della ricerca scientifica. Riprova di ciò è la precisa e dettagliata strutturazione degli OR del progetto, che spaziano in tutti i campi sai produttivi, che analitici, del settore. L’obiettivo comune, quindi, permette alla ricerca di finanziare i propri studi con il contributo privato, e all’impresa di presentare sul mercato un prodotto adeguato a quelle che sono le nuove esigenze ad alto contenuto di innovazione ed unicità. Le necessità di cooperare su obiettivi comuni e di stretto interesse sociale ed economico, comporterà necessariamente un aumento di risorse intellettuali ed operative, sia nelle Università e Centri di Ricerca che nelle imprese. L’alta specializzazione scientifica che caratterizza i primi, senz’altro chiederà ai secondi un ulteriore investimento, in termini di assunzione di personale altamente specializzato e qualificato, per mettersi al passo con le competenze richieste per lo sviluppo di strumenti e metodi innovatici. La possibilità di entrare in stretto contatto con il “mercato” darà, alle Istituzioni di Ricerca coinvolte nel Laboratorio, un forte impulso verso una visione più concreta sulle applicazioni delle scoperte scientifiche e un loro indirizzamento verso la “ricerca industriale”, tenuto conto che le pressioni nei confronti delle imprese da parte di controllori saranno via via più pesanti. Nell’ottica poi del Trasferimento Tecnologico, il coinvolgimento diretto delle imprese private e dei soggetti pubblici, che avverrà non solo durante la costituzione del Laboratorio, ma anche, e soprattutto, dal momento in cui questo entrerà a pieno regime, implica da un lato una stretta integrazione delle competenze, dall’altro un trasferimento delle conoscenze tipiche dei soggetti proponenti, integrate sinergicamente dal progetto LaRIA. Parte delle attività presentate nel progetto comportano al loro interno un necessario impegno in termini di risorse economiche e strumentali, che sarà indirizzato, grazie alla spinta interna delle imprese partecipanti, verso la realizzazione di prodotti di forte interesse industriale. L’ingente attività che caratterizzerà tutto il Laboratorio comporterà necessariamente l’inserimento di nuovo personale all’interno delle compagini in esso coinvolte, dando un forte impulso a livello regionale verso l’assunzione di nuovo personale che troverà in LaRIA, grazie al vasto numero di settori di ricerca da esso coperti, un terreno fertile per la sua crescita professionale. E’ infine insita nella struttura stessa delle attività che competono gli enti di ricerca coinvolti la cooperazione con i centri di conoscenza nazionale ed internazionale. CNR, Università ed ENEA tradizionalmente collaborano con i corrispettivi centri esteri, ed in quest’ottica il Laboratorio

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LaRIA, attraverso anche lo scambio di personale, permetterà alla ricerca regionale di allargarsi su una scala più ampia.

4.2 Benefici attesi In un laboratorio che tratta di problemi ambientali, il principale beneficio che ci si attende è chiaramente di contribuire, tramite lo sviluppo di strumenti e metodologie di analisi, ad un migliore e più esteso controllo della qualità dell’aria, a produrre efficaci e misurabili azioni correttive e quindi alla qualità della vita delle persone. La sfida più importante del laboratorio è infatti quella di essere in grado di trasferire metodi e strumenti innovativi in modo che trovino la più ampia e diffusa applicazione. Tuttavia l’auspicare di raggiungere questi obiettivi non pregiudica ulteriori importanti benefici che la creazione del laboratorio LaRIA intende portare, tra i quali gli elementi da valorizzare sono: - Innovativa operazione di laboratorio aggrega ed integra la massa critica di ricerca, permettendo di raggiungere obiettivi non raggiungibili dai singoli soggetti e di attrarre interesse e fondi anche da altre regioni, incrementando così il prestigio regionale. - Inserimento di nuova occupazione giovane, in grado di attivare un processo di moltiplicazione della conoscenza. Ai giovani verrà data la possibilità di partecipare alle attività del Laboratorio già in fase di realizzazione della Tesi di Laurea, con conseguente possibilità di proseguire gli studi anche nella fase post-laurea attraverso Dottorati di Ricerca e collaborazioni professionali. - Creazione in loco di competenze nel settore della strumentazione avanzata per lo studio dell’atmosfera e dell’ambiente. L’utilizzazione di assegni di ricerca, borse di studio e lo scambio di stagisti tra imprese ed Università/Enti di ricerca, avrà come ricaduta la formazione di personale altamente specializzato nelle tematiche del progetto. Tale formazione sarà conseguita attraverso seminari svolti dal personale coinvolto in LaRIA, corsi all’interno dell’Università e periodi di apprendimento intensivo (summer e winter school) svolti anche in collaborazione con i soggetti privati. - Interesse degli enti locali (vedi le lettere allegate) ma anche delle imprese interessate a partecipare in quanto i prodotti del Laboratorio avranno un forte impatto verso una nuova metodologia di analisi ambientale, con conseguente ricadute in termini commerciali. - Capacità di supporto alle autorità locali (provinciali e regionali), da parte del soggetto proponente, per decisioni su problemi relativi alla qualità dell’aria, impatto ambientale di installazioni industriali, modalità di intervento. La presenza sul territorio regionale del Laboratorio consentirà ai soggetti pubblici coinvolti (ad es.ARPA) di diventare, all’interno della loro organizzazione a livello nazionale, dei punti di riferimento per quanto concerne l’adeguamento alle nuove tecnologie e metodologie nel campo del controllo ambientale. - Costituzione di una scuola di formazione ed aggiornamento sui temi del monitoraggio ambientale specificatamente ai dipendenti degli enti locali. - Competitività della regione nella tematica specifica grazie all’aumentata visibilità dovuta alla massa critica. - Brevettazione di strumenti e metodologie, al fine di sfruttare economicamente i risultati della ricerca scientifica. Ciò comporterà la realizzazione di imprese spin-off per lo sfruttamento dei risultati o per la creazione di nuovi servizi altamente specializzati. In tale contesto ci si impegna a coinvolgere direttamente il nuovo personale affinché nascano nuove figure professionali impegnate nell’integrazione tra obiettivi della ricerca ed esigenze del mondo industriale e del mercato. Ci si avvarrà anche del Consorzio SPINNER per quanto concerne la realizzazione di studi di fattibilità imprenditoriale. - Possibilità di sviluppare un piccolo polo manifatturiero di elevata qualità consono alle caratteristiche imprenditoriali della regione ed in grado di competere (o perlomeno di contrastare) realtà similari extranazionali.

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4.3 Proprietà intellettuale Pur trattandosi di una materia delicata, che verrà ripresa in modo più dettagliato nell’eventualità che il progetto venga accettato, si è unanimemente concordato fra i proponenti che lo sfruttamento delle risorse intellettuali verrà principalmente indirizzato verso soggetti pubblici e privati allocati in Regione. Quando necessario, e specie in prodotti frutto di progetti industriali, saranno recepiti e adottati i criteri suggeriti dalla normativa europea in materia di proprietà intellettuale, armonizzati secondo le opportunità sulla base dei vincoli delle Leggi nazionali vigenti. LaRIA avrà all'interno delle funzioni svolte dall'ufficio di Coordinamento una apposita competenza legale, ed una apposita struttura composta da personale interno competente a che si avvalga di esperti esterni, per fissare criteri e vincoli a tutela della proprietà intellettuale e sui prodotti sviluppati, o già di proprietà, di specifici componenti il Progetto. Compito parallelo di tale organo interno sarà anche quello, previo accordo con i legittimi proprietari, di valorizzare e promuovere i risultati che saranno ritenuti di estremo interesse sia dal punto di vista scientifico, che dal punto di vista della ricaduta industriale. Verrà garantita comunque, come linea guida generale, la segretezza e la riservatezza dei risultati ottenuti sino alla stipula con i diretti interessati degli accordi sull’eventuale sfruttamento delle innovazioni, delle scoperte scientifiche ed industriali. Le conferenze e le attività di promozione verranno gestite secondo gli abituali principi di assicurazione di paternità del risultato, previa verifica delle conseguenze, anche a livello economico, della diffusione.

4.4 Verifica dello stato di avanzamento Le verifiche sullo stato di avanzamento saranno realizzate attraverso review meeting periodici (ogni quattro mesi) i cui rapporti relazioneranno sia sui risultati scientifici raggiunti, comprese le eventuali difficoltà riscontrate nelle specifiche fasi di sviluppo previste, sia sull'utilizzo delle risorse allocate che delle problematiche relazionali riscontrate. Il Comitato Tecnico, oltre alle attività già indicate, si incaricherà di comunicare ai partecipanti al progetto, sulla base dei report pervenuti, lo stato di avanzamento complessivo sottolineando le criticità eventualmente emerse. In tal caso saranno previste riunioni specifiche fra i partecipanti al fine di affrontare e gestire tali criticità. Al termine del primo anno verrà svolta una riunione di tutti i partecipanti nella quale verrà presentato lo stato di avanzamento complessivo del progetto e sarà preparato il documento da presentare per il proseguo del progetto. Si prevede, infine, di realizzare meeting “aperti” che dovranno fare il punto sullo stato dell’arte dei risultati raggiunti, e dei trasferimenti avviati, confrontandosi con gli enti che hanno manifestato interesse e sostegno, e con le altre realtà di settore regionali e nazionali.

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PARTE 5 - PIANO FINANZIARIO

Tipologia di spesa TOTALE % cofinanz.

cofinanz. max per

tipologia di costo

a) Costo del personale di nuova assunzione € 640.250,00 100 € 744.000,00

b) Costo per consulenze di chiara fama € 12.000,00 70 € 8.400,00

c) Costo per utilizzo di laboratori e attrezzature € 29.000,00 50 € 14.500,00

d) Costo per acquisto di strumenti (ammortamento o canone)

€ 162.000,00 50 € 81.000,00

e) Costo per licenze e software € 0,00 50 € 0,00

f) Costo per consulenze specialistiche € 13.500,00 40 € 5.400,00

g) Costo per comunicazione e promozione € 63.000,00 40 € 25.200,00

h) Spese generali € 183.950,00 40 € 73.580,00

i) Costo del personale interno non rientrante nella categoria a)

€ 899.163,56 0 € 0,00

TOTALE COSTI AMMISSIBILI € 2.002.863,56 € 848.330

TOTALE Cofinanziamento Richiesto € 848.330,00

Cofinanziamento medio 42,36 %

Ripartizione del piano finanziario sulle annualità

Costi previsti Contributo richiesto

Annualità 1 € 1.103.864,88 € 467.551,41

Annualità 2 € 898.998,68 € 380.778,59

Annualità 3 € 0,00 € 0,00

TOTALE € 2.002.863,56 € 848.330,00

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DESCRIZIONE DEL PROGETTO Inviato il 30/04/2004 … · Laboratorio Laboratorio Regionale per...

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