Convertire i rifiuti di plastica poliolefinica in carburanti a impatto zero

Convertire i rifiuti di plastica poliolefinica in carburanti a impatto zero

Un team di ricerca della Purdue University ha sviluppato un sistema basato sulla liquefazione idrotermica che permette la conversione dei rifiuti di plastica poliolefinica in materiali utili come polimeri, nafta, solventi o altri carburanti puliti. I combustibili derivati da questo sistema potrebbero soddisfare il 4% della domanda annua di benzina o diesel.

L’innovazione nasce dalla riflessione della dottoressa Linda Wang, coordinatrice del team di ricerca presso la Davidson School of Chemical Engineering della Purdue University, rispetto i dati sulla presenza di plastiche negli oceani, nelle falde acquifere e più in generale nell’ambiente: delle 8.3 miliardi di tonnellate di plastica prodotte negli ultimi 65 anni, il 12% è stato incenerito e solo il 9% riciclato. Il rimanente 79% (oltre 6.5 miliardi di tonnellate) circola disperso tra le terre emerse e gli oceani. La plastica poliolefinica rappresenta circa il 23% del totale dei rifiuti di plastica. Il processo di conversione comprende l’estrazione selettiva e la liquefazione idrotermica: nell’esperimento condotto dai ricercatori della Purdue University, il polipropilene è stato trasformato in carburante tramite l’utilizzo di acqua supercritica a 380-500° C e 23 MPa di pressione per un tempo di reazione tra 1 e 6 ore. Circa il 91% del campione è stato convertito in carburante a una temperatura di 425 °C. I carburanti prodotti nel processo sono olefine, paraffine, idrocarburi ciclici e aromatici; la quasi totalità dei composti ottenuti possiede temperature di combustione e capacità energetica comparabili con quelli delle tradizionali nafte. Una volta che la plastica viene convertita in nafta, può essere utilizzata come materia prima per altre sostanze chimiche o ulteriormente separata in solventi speciali o altri prodotti.

Una nuova gestione della plastica

Regolamentare i rifiuti di plastica, riciclandoli o semplicemente incenerendoli, non risolve il problema. I materiali plastici degradano lentamente e rilasciano microplastiche e agenti chimici tossici nel suolo e nelle acque. Una vera e propria catastrofe, perché nel momento in cui questi inquinanti entrano nell’ambiente, ad esempio negli oceani, diventano impossibili da recuperare completamente.

Il principale obiettivo della ricerca è sviluppare un movimento organico interessato a convertire rifiuti poliolefinici in una vasta gamma di prodotti utili, come polimeri, nafta o carburanti puliti. La tecnologia attualmente introdotta ha il potenziale di far esplodere i profitti delle industrie del riciclo e impattare fortemente sulle riserve mondiali di rifiuti di plastica.

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Source: Stampi
Convertire i rifiuti di plastica poliolefinica in carburanti a impatto zero

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Stampa 3D: come trasformare un bicchiere di gelatina nel pensatore di Rodin

Stampa 3D: come trasformare un bicchiere di gelatina nel pensatore di Rodin

I ricercatori della Berkeley University in California hanno sviluppato un sistema di stampa 3D che converte un liquido in oggetti solidi tramite l’uso della luce proveniente da un semplice proiettore.

Il processo è relativamente semplice: i ricercatori producono un modello tridimensionale dell’oggetto da stampare con cui poi realizzano una sorta di film da proiettare tramite un videoproiettore. La luce del proiettore irradia un cilindro, contenente una resina gelatinosa, posto su un motore che lo fa roteare lentamente. La resina è composta di molecole fotosensibili e ossigeno disciolto. Quando la luce colpisce il liquido, l’ossigeno esaurisce e permette alle molecole di formare collegamenti stabili.

Stampa 3D ispirata a Star Trek

Il progetto rappresenta un salto evolutivo per complessità e flessibilità nel mondo delle stampanti 3D. Un’innovazione che strizza l’occhio alla fantascienza: non a caso il nome della stampante della Berkeley University, The Replicator, è lo stesso dello strumento che in Star Trek formava oggetti solidi irradiando semplicemente l’aria.

Il team di ricercatori californiani ha già ottenuto una serie di oggetti con il Replicator: il modello inferiore di una mascella, un dischetto elastico simile a una ciambella e persino la riproduzione della celebre statua di Auguste RodinIl pensatore”.

La stampante, attualmente, non può produrre oggetti di diametro superiore a 100 mm, ma presenta già requisiti di grande efficienza: non produce alcuno scarto e tutta la resina di risulta può essere riutilizzata per ulteriori stampe. Inoltre, mentre le tradizionali stampanti 3D producono oggetti grazie alla stratificazione di sottili strisce orizzontali, The Replicator, ha il grande vantaggio di poter stampare intorno a oggetti già esistenti: gli scienziati di Berkeley sono riusciti a porre nella macchina la parte metallica di un cacciavite e a realizzare l’impugnatura grazie alla stampa 3D. Il prossimo passo sarà rendere operativa su larga scala l’innovazione che potrebbe trovare applicazione nei più svariati ambiti: dallo sviluppo di protesi fino ad utilizzi più ricreativi e ludici.

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Manipolatori: la pneumatica corre in aiuto

Manipolatori: la pneumatica corre in aiuto

La richiesta pressante di attrezzature automatiche ha un impatto crescente in svariati processi produttivi. Tra i compiti delle attrezzature automatiche sono da citare le varie operazioni di manipolazione degli oggetti, attualmente affidate a soluzioni sempre più complesse e specializzate.

Applicazioni usuali dei manipolatori riguardano il “material handling”, ovvero l’automatizzazione di processi di raccolta e posizionamento di oggetti, e trova impiego nei più svariati ambiti: biomedicale, industriale e produttivo, militare, tra cui robot per la bonifica di siti o ambienti colpiti da contaminazione nucleare. Questi manipolatori forniscono non solo l’opportunità di ripetere movimenti ciclici e ripetitivi nel tempo, monotoni e psicologicamente provanti per l’essere umano, ma assicurano accurata precisione, entro determinate tolleranze, in applicazioni anche molto precise, quali il serraggio di collegamenti meccanici come collegamenti forzati, filettati, saldati.

Struttura e controllo dei manipolatori per la movimentazione

Una classica applicazione di manipolatori di movimentazione è rappresentata dal “pick and place”. Questa funzione, generalmente complessa, richiede anzitutto di poter effettuare cinematicamente, cioè in funzione di vincoli spaziali e geometrici, l’operazione richiesta. Si procede all’analisi dinamica dei componenti da adottare, sono molto importanti le masse e i momenti di inerzia dei vari organi impiegati, per il raggiungimento delle prestazioni richieste. Anche la disposizione degli attuatori gioca un ruolo importante sotto questo punto di vista. Ad esempio nell’immagine di copertina di questo articolo si vede una disposizione tipica di un manipolatore cartesiano della ditta Omas di Alpignano (TO). In questo manipolatore, il corpo degli attuatori è in grado di espletare la funzione di struttura del manipolatore stesso.

Problemi tipici per la manipolazione degli oggetti riguardano i gradi di libertà, spesso i progettisti si rifanno all’arto umano e alla mano, in particolare. Un dispositivo in grado di imitare la mano umana deve possedere analoghe caratteristiche, indipendentemente dal tipo di controllo e dall’architettura di quest’ultimo. In questo modo sono possibili diverse configurazioni di carico.

Da quanto detto è evidente che un problema fondamentale dei manipolatori è la realizzazione, tramite una serie di componenti rigidi comandati da opportuni azionamenti, del movimento voluto. La scelta del controllo adatto a portare a termine l’azione richiesta completa il sistema e lo rende adatto alle prestazioni richieste. Come spesso accade in robotica, è fondamentale costruire i diagrammi cinematici di velocità ed accelerazione di velocità del manipolatore per una attuazione possibile. Questo è particolarmente vero in casi in cui le accelerazioni siano elevate come nel caso del “pick and place”. Conseguentemente le caratteristiche inerziali come masse e momenti di inerzia assumono importanza fondamentale nel-la progettazione.

Nella strategia di controllo, schematicamente rappresentata in Figura 2 nelle due versioni ad anello aperto (a) e chiuso (b), si deve tenere conto della geometria delle traiettorie richieste con attenzione particolare a posizione iniziale, finale alla velocità e alla accelerazione dell’end effector rappresentato da mani di presa, pinze, ventose nel caso della manipolazione. Inoltre, si deve tenere conto dei vari ritardi e tempi di risposta legati alla tecnologia utilizzata.

Figura 2 – Architettura schematica di controllo in anello aperto (a) e chiuso (b).

Così, l’azione di controllo dovrà essere progettata considerando lo scarto temporale dal momento in cui viene avviata l’azione di controllo a quando essa viene espletata: per esempio, ci si riferisce al ritardo tra l’apertura di una valvola e l’instaurarsi della pressione minima necessaria all’azionamento, all’interno dell’attuatore. Oggigiorno, l’azione di controllo è quasi sempre affidata a controllori digitali, programmabili. Questo approccio implica che l’azione di controllo possa essere progettata e gestita solo ed esclusivamente da personale altamente specializzato, in possesso della conoscenza approfondita dell’architettura hardware e del codice delle varie schede elettroniche disponibili, atte all’azionamento degli attuatori ad aria compressa. Infatti, ciò si ripercuote in maggiore attenzione durante la fase di realizzazione e di prova, durante la quale comportamenti indesiderati possono portare al danneggiamento della parte fluidica o strutturale del robot. Tale pericolo è ovviamente presente anche in casi di controllori più elementari, che si avvalgano di logica cablata. La ricerca nell’ambito degli algoritmi di presa rappresenta un tema molto importante nel panorama attuale.

Da quanto detto, tempi di azionamento e costanti di tempo sono valori fondamentali, che devono essere presi in considerazione per garantire la precisione dell’attuatore nei diversi movimenti. Di conseguenza, la caratteristica di un attuatore pneumatico deve essere esaustivamente analizzata e definita da una curva funzione di portata o pressione che, in virtù dei restanti parametri costruttivi, restituisce la forza di presa. Dalle tolleranze di costruzione e di funzionamento dipende, poi, il grado di precisione e ripetibilità del manipolatore risultante. Tutte queste caratteristiche devono essere attentamente tenute in considerazione sin dalla fase di progetto.

Come sempre, nel progetto dei manipolatori grande cura deve essere posta nella scelta dei materiali ma anche nel disegno dei componenti. L’isolamento elettrico potrebbe essere tra le specifiche di processo, non va infatti dimenticato che, in genere, l’attuatore effettua applicazioni in combinata con oggetti elettrici. Bisogna poi porre, come sempre, attenzione alle eventuali deformazioni termiche, all’attrito nei giunti, alla temperatura del fluido evolvente. Gli ingombri e gli spazi di manovra rappresentano un aspetto importante nella scelta dell’opportuno manipolatore, mentre l’apertura massima degli organi è un altro indice importante da valutare. I materiali costruttivi vanno dalla leghe leggere alla fibra di carbo-nio, mentre sono stati studiati materiali plastici che, deformandosi, permettono di migliorare la presa.

La scelta di una azionamento a fluido, piuttosto che elettrico, si basa sulle condizioni di esercizio: temperatura e umidità dell’ambiente di esercizio, possibilità di accedere alla rete elettrica o installazione di un generatore, costi di manutenzione dell’impianto di generazione dell’aria compressa. Si osservi che, per le mani, l’azionamento pneumatico consente un controllo intrinseco della forza di serraggio. Il consumo energetico rappresenta un fattore che potrebbe ricoprire un aspetto importante nella scelta di tali dispositivi.

 

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Manipolatori: la pneumatica corre in aiuto

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