Riassunto analitico
Il presente lavoro di tesi è stato sviluppato nell’ambito di un progetto di ricerca finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca nel 2017, all’interno del programma PRIN (Progetti di ricerca di Rilevante Interesse Nazionale). Il progetto, dal titolo “Development and promotion of the Levulinic acid and Carboxylate platforms by the formulation of novel and advanced PHA-based biomaterials and their exploitation for 3D printed green-electronics applications”, ed il cui acronimo è VISION, nasce con l’intento di valorizzare biomasse residue e non edibili per estrarre composti chimici versatili e dall’alto valore aggiunto, tra cui l’acido levulinico e alcuni acidi carbossilici. A partire da questi, infatti, sono stati ingegnerizzati e sintetizzati biomateriali con specifiche proprietà di biodegradazione e biocompatibilità, per applicazioni in ambito biomedicale ed elettronico. In questo contesto risulta indispensabile una valutazione quanto più oggettiva e condivisa degli impatti ambientali connessi alla produzione di tali materiali. Questo lavoro di tesi ha l’obbiettivo di analizzare attraverso uno studio di Life Cycle Assessment (LCA) gli impatti ambientali associati ad alcuni processi sperimentali condotti all’interno del progetto VISION, per l’ottenimento di un supporto biomedicale in Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV) e di un circuito elettronico a radiofrequenza per applicazioni di IoT, a base dello stesso materiale. Nello specifico, lo studio di LCA include i processi di ottenimento del PHBV, nonché le sue successive fasi di lavorazione, condotte a livello sperimentale e su scala di laboratorio. Con il presente studio si intende contribuire ad una più ampia valutazione cradle-to-grave relativa alle performance ambientali della filiera di bioraffinazione proposta dal progetto VISION, dall’estrazione dei building blocks a partire dai residui lignocellulosici fino allo smaltimento dei bio-compositi ottenuti. Obiettivo dello studio è inoltre quello di comparare due diverse modalità di valorizzazione del PHBV, per individuare l’opzione meno impattante dal punto di vista ambientale. I risultati ottenuti in relazione alle principali categorie di impatto permettono, infatti, di verificare con approccio quantitativo se i prodotti bio-based oggetto delle sperimentazioni siano effettivamente più sostenibili dei corrispettivi fossil-based o se vi sia, al contrario, l’evidenza di un trasferimento degli impatti da una fase del ciclo di vita ad un’altra. Attraverso l’interpretazione dei risultati è inoltre possibile far luce sulle principali criticità in termini di consumi di materie prime, energia, smaltimento dei residui, consentendo di impostare eventuali interventi migliorativi sui processi esaminati. Tale studio si configura come punto di partenza per futuri sviluppi o applicazioni industriali dei risultati più interessanti emersi nel corso delle sperimentazioni.
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Abstract
This work has been developed as part of a wider research project, financed by the Italian Ministry of Universities and Research under the program PRIN 2017. The project is titled “Development and promotion of the Levulinic acid and Carboxylate platforms by the formulation of novel and advanced PHA-based biomaterials and their exploitation for 3D printed green-electronics applications” under the acronym VISION. The main purpose of the VISION project is to determine how residual biomasses (e.g. Cynara cardunculus L.) can be exploited to extract green-chemical precursors, such as levulinic acid or volatile fatty acids (VFAs), in order to manufacture advanced polyhydroxyalkanoates-based composites and electronic sensors for smart environmental monitoring. Within this framework, it is crucial to understand and quantify in an objective and trustworthy manner the environmental impacts related to the production of valuable biomaterials. The present study aims at discussing the environmental effects associated with the production of two PHBV (Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate))-based products, namely: an electrospun membrane for biomedical applications and a radiofrequency (RF) circuit to be used for wireless shock sensing, as shown in recent works. The performed LCA study includes PHBV preparation and solvents extraction from biomasses, together with their processing to obtain the desired products, carried out at an experimental and laboratory scale. This study aims at contributing to a wider cradle-to-grave assessment related to the environmental performance of the VISION biorefinery, from the extraction of the building blocks from the lignocellulosic residues to the disposal of the resulting bio-composites. The LCA results allow for a deeper evaluation of the overall processes, in terms of environmental impacts and use of non-renewable resources. Additionally, it is possible to compare two different strategies aimed at enhancing the same bio-based PHBV, so as to assess the convenience of one process over the other from an environmental point of view. Indeed, objective evidences of the environmental sustainability of the obtained bio-based products result highly desirable to pursue future sustainable developments both in biomedical and sensor devices.
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