La mia attività di ricerca si colloca nell'ambito della fisica ambientale e dell'analisi dei sistemi, con particolare attenzione ai flussi di carbonio e di risorse nei sistemi ambientali, produttivi e territoriali. Utilizzo approcci sperimentali e di modellazione per studiare come biomasse residuali, suoli, materiali e flussi di CO₂ possano contribuire alla mitigazione climatica, al recupero di risorse e alla transizione verso sistemi produttivi più circolari.
Rimozione del carbonio da biomassa e sistemi iBCRS
Una linea centrale della ricerca riguarda la Carbon Dioxide Removal (CDR) [1] e, in particolare, la rimozione del carbonio attraverso la biomassa (Biomass Carbon Removal and Storage, BiCRS). La biomassa viene considerata non soltanto come fonte energetica o materia prima, ma come carbonio atmosferico già catturato attraverso la fotosintesi. Studio quindi le condizioni tecniche, ambientali ed economiche che permettono di trasferire questo carbonio verso depositi più durevoli, quali suoli, carboni stabili, materiali o stoccaggio della CO₂ biogenica.
In questo ambito stiamo sviluppando il concetto di Integrated Biomass Carbonization and Removal Systems (iBCRS), sistemi integrati nei quali la conversione delle biomasse residuali può produrre carboni stabili, biointermedi, gas e flussi di CO₂ separabili. Il progetto Horizon Europe NET-Fuels costituisce uno dei principali contesti applicativi per lo studio di queste configurazioni.
Carboni di seconda generazione, recupero di risorse ed economia circolare
Studio lo sviluppo e l'applicazione di carboni di seconda generazione (2G-C): materiali carboniosi ottenuti da matrici biogeniche, residuali o circolari e progettati controllando feedstock, processo, struttura, proprietà e funzione. Le applicazioni comprendono biochar, carboni attivati e funzionalizzati, sistemi carbonio-minerale e materiali destinati al recupero di nutrienti e materie prime, alla rimozione di contaminanti e alla rigenerazione di risorse.
Queste attività sono sviluppate anche nell'ambito della Fraunhofer Innovation Platform FIP-WE@UNIBO, in collaborazione con Fraunhofer UMSICHT, e si estendono ai temi dell'urban mining e del recupero di materiali attraverso la collaborazione con l'Urban Mining Institute della Hochschule Bochum.
Suolo, biochar, carbon farming e dinamica del carbonio
Una linea di ricerca di lungo periodo riguarda il ruolo dei suoli come stock e potenziali sink di carbonio. Studiamo sperimentalmente e attraverso modelli la dinamica del carbonio organico del suolo, la persistenza del carbonio pirogenico e gli effetti dell'applicazione di biochar e altri ammendanti sulle proprietà fisiche, chimiche e biologiche del suolo.
Questa attività comprende lo sviluppo e l'impiego di modelli del carbonio nel suolo, protocolli di monitoraggio e carbon accounting e prove sperimentali di lungo periodo raccolte nella Long Term Experiment Platform – LTEP-BIOCHAR. L'obiettivo è comprendere in quali condizioni pratiche di gestione del suolo e carbon farming possano produrre uno stoccaggio del carbonio misurabile e durevole, insieme ad altri effetti ambientali e agronomici verificabili.
Analisi di sistema, LCA e valutazione integrata della sostenibilità
Una componente trasversale della mia ricerca riguarda la rappresentazione e valutazione dei sistemi complessi. Utilizzo Life Cycle Assessment (LCA), prospective e dynamic LCA, system dynamics, analisi di sistema, input-output tables e approcci di carbon accounting per analizzare nuove tecnologie e filiere, considerando non solo le prestazioni dirette ma anche gli effetti lungo il ciclo di vita, le interdipendenze economiche e le dinamiche di scale-up.
Questi metodi sono applicati anche allo studio delle learning curves, dei costi della rimozione, della disponibilità di biomasse, degli effetti territoriali e delle condizioni che influenzano diffusione, attrattività e bancabilità delle tecnologie. Le attività metodologiche si collegano alla linea di Environmental Sustainability Assessment (ESA) del gruppo di ricerca.
CO₂ routes, materiali minerali e transizione dei flussi di carbonio
Studio inoltre le infrastrutture e le strategie necessarie a gestire i flussi di CO₂ e di carbonio nei sistemi industriali e territoriali. Il progetto Horizon Europe COREu – CO₂ Routes Across Europe permette di approfondire le catene del valore della cattura, trasporto e stoccaggio della CO₂ e il loro rapporto con i sistemi industriali.
Il progetto EIC Pathfinder MOJITO estende questa linea allo studio dell'elettrificazione dei processi di calcinazione, dei materiali carboniosi e delle interazioni tra CO₂ e materiali minerali.
A scala territoriale, mi interessa sviluppare il concetto di carbon-flow planning, affiancando alla pianificazione energetica una rappresentazione dei flussi di biomassa, carbonio biogenico, CO₂, materiali e possibili sink. Ravenna costituisce un caso di studio particolarmente rilevante per analizzare l'interazione tra sistema portuale e industriale, agroindustria, biomasse residuali, infrastrutture energetiche e nuove rotte della CO₂.
Didattica, formazione e public engagement
Ricerca e formazione sono strettamente collegate. Una parte delle attività riguarda lo sviluppo di strumenti per rappresentare sistemi complessi, stock, flussi, retroazioni e scenari in forme utilizzabili nella didattica universitaria, nei progetti di tesi e nelle attività di public engagement. In questo ambito sperimento anche l'uso consapevole dell'intelligenza artificiale generativa come supporto all'analisi, alla modellazione e all'apprendimento, con particolare attenzione alla verifica delle informazioni e alla valutazione critica dei risultati.
[1] Global warming of 1.5 C. An IPCC Special Report on the impacts of global warming of 1.5 C above pre-industrial levels and related global greenhouse gas emission pathways, in the context of strengthening the global. Geneva, Switzerland, 2018
