Bio-Software, hardware e prodotti organici: gli elementi costitutivi per un riorientamento della creazione di valore industriale. Progetto Industria dei biocatalizzatori in Italia Se il Governo sottovaluta questo progetto di alta chimica verde,paga una riduzione di sviluppo PIL di 36.000 miliardi per i prossimi 60 anni.Copyright Caffese 2021 sul Progetto Biocatalizzatori. Caffese introduce in Italia non solo i pompaggi con desalinizzazione acqua di mare ed il passaggio da TWh elettrici a chimica verde ma introduce un concetto conosciuto per microaree ma non per macroarea come la bio-intelligenza dove Caffese fornisce fornisce un progetto globale nel campo della trasformazione biologica. Ciò include anche la bionica, la bioeconomia e, soprattutto, la biointelligenza. »La trasformazione digitale della produzione, già a buon punto sotto la parola d'ordine Industria 4.0 che noi vogliamo 5.0 ,dato che 4.0 non è sufficiente per affrontare le sfide essenziali della società. Contemporaneamente alla trasformazione digitale, si sta preparando una nuova rivoluzione con la trasformazione biologica. È almeno altrettanto importante, se non più importante, di Industria 4.0 ", prevede con Caffese P.L. il prof. Thomas Bauernhansl, capo del Fraunhofer IPA. Quasi tutte le aree industriali e sociali saranno fortemente influenzate dall'istituzione di una creazione di valore bio-intelligente. Il presupposto per il successo della trasformazione biologica è ovviamente il discorso in politica e nella società.Biointellellect.it, lanciato oggi, Caffese descrive con i suoi bravi colleghi tedeschi, le enormi opportunità che derivano dall'interazione di processi e sistemi tecnici e biologici in brevi approfondimenti di ricerca personali con esempi applicativi. Con il Biointelligence Competence Center di Milano e il nuovo blog universitari, tutti i partecipanti potrebbero ampliare e approfondire l'argomento. Il progetto innovativo alla tedesca con inventiva italiana è rivolto a rappresentanti dell'industria, in particolare PMI, politici, scienziati e, naturalmente, al pubblico interessato.Nuovi post settimanali.I blogger sono convinti che la creazione di valore bio-intelligente abbia il potenziale per fornire una risposta a una delle sfide più serie del 21° secolo, ovvero conciliare prosperità e consumo di risorse. Poiché i materiali ed i principi della natura vivente sono sempre più utilizzati nella tecnologia, l'aspetto della sostenibilità ne fa parte fin dall'inizio. Il nuovo campo di ricerca comprende l'applicazione sistematica delle conoscenze sulla natura e sui processi naturali nella tecnologia: in fabbrica, in sala operatoria, in città, in cucina...Il tempo è troppo maturo. "I decisori a livello politico, economico e scientifico ora devono essere coraggiosi, agire rapidamente ed esplorare l'intero potenziale della biointelligenza", incoraggia Caffese con lo scienziato Bauernhansl. "Quando le competenze, i fondamenti e le applicazioni della biologia, della tecnologia e dell'informatica sono collegate, la trasformazione biologica apre uno spazio completamente nuovo per l'innovazione".Questi sono i primi post del blog pianificati da Caffese P.L.: Trasformazione biologica: affrontare i problemi globali e preservare i mezzi di sussistenza Compost sotto elettricità - batterie biodegradabili per prodotti compostabili Prodotto di massa contro unico. La strada per la giusta strategia attiva. La Strada indicata da Caffese è. -progetto pompaggi Italia in 20 Regioni 45 miliardi per 3.000 TWh -progetto pompaggi solo al Nord detto progetto Po 20 miliardi per 1500 TWh -Progetto Comunita’ Valtellina 1 miliardo per 750 TWh e salvataggio ghiacciaio Stelvio -Progetto fabbrica Italia biocatalizzatori 5 milioni con Polito e altre Universita’del SUD vedi UNICA-Cagliari -Progetto Biosoftware via robotica-cobotica con giunti veloci ed efficienti ispirati ai ragni che possono controllare un'ampia varietà di robot1,5 milioni.con IIT Genova-Milano. Come si puo’ attuare questo progetto? -dato che i fossili sono contrari ai pompaggi, per conservare l’import di gas in Italia,Caffese propone un ramoscello di pace che prevede: -Caffese riordina Enea tramite Consorzio Interregionale industria-energia 5.0 e conduce le aggregazioni che servono per i pompaggi,le ricariche le fabbriche sul territorio con un obiettivo di fatturato aggregato a 10 anni di 100 miliardi ed export in 60 paesi.Scegliera’ il Governo le aziende da aggregare come tutte le utilities pubbliche nei settori acqua-energia-rifiuti aggiungendo Sogin-Ansaldo -Enea-GSE -Caffese cede a Eni tutti i progetti di chimica verde che potranno essere eseguiti in collaborazione con Polimi e altre universita di Chimica verde.I progetti scartati da Eni che implicano fabbriche verranno invece portati avanti dal Consorzio Interregionale Cos’ è la biocatalisi che ha trovato applicazione in vari campi di applicazione come alternativa alla catalisi chimica, gli esempi più importanti sono la produzione di composti chirali per i prodotti farmaceutici e per l'industria dei profumi e degli aromi. Sempre più spesso i biocatalizzatori vengono utilizzati su larga scala per produrre prodotti chimici speciali e persino sfusi. Questo progetto italiano mira a fornire esempi di progetti e fabbriche istruttive in questo settore con un'attenzione particolare ai processi chimici scalabili industrialmente. Vengono discusse le possibilità ed i limiti delle sintesi enzimatiche e viene fornita una panoramica sulle classi di enzimi emergenti.Uno sguardo agli esempi attuali mostra sviluppi notevoli: nuovi enzimi che sono stati scoperti solo nei laboratori accademici 5-7 anni fa sono già stati ottimizzati e vengono utilizzati su larga scala. Questi tempi di sviluppo ridotti, il portafoglio ampliato di enzimi e applicazioni avanzate, come l'introduzione di successo di una cascata di enzimi per produrre un API, contribuiranno alla continua accettazione della biocatalisi nella chimica sintetica e a una certa inerzia che abbiamo visto in decenni precedenti superati.Gli ingegneri di processo saranno lieti di vedere che per molte reazioni biocatalitiche è ora possibile ottenere STY paragonabili alle trasformazioni chimiche convenzionali. Molti enzimi sono molto efficienti: basta una piccola quantità di enzima per spostare molta chimica. Pertanto, un piccolo impianto pilota (e un sistema di espressione standard) è sufficiente per fare da catalizzatore per la produzione convenzionale. Inoltre, sempre più biocatalizzatori sono disponibili in commercio su una scala di kg. Le selettività sono alte e le reazioni sono pulite, il che semplifica il lavoro. Ciò rende più facile incorporare i biocatalizzatori nei processi chimici rispetto alle fermentazioni, poiché questi ultimi hanno un STY che è di 1-2 ordini di grandezza inferiore - e di conseguenza sono necessari enormi volumi di fermentazione e sofisticata ingegneria metabolica per creare l'organismo di produzione. La linea di fondo è quella nella tabella 1 può ritenersi ampiamente superato.In futuro, ci saranno ulteriori progressi nell'ingegneria degli enzimi e delle reazioni, nell'apprendimento automatico, nella modellazione dinamica delle reazioni enzimatiche e nei metodi retrosintetici predittivi, utilizzando la sintesi enzimatica come metodo "verde", sostenibile, economico ed efficiente per la produzione di crescente complessità molecolare nei campi Stabilire saldamente le industrie chimiche, farmaceutiche e alimentari.Extension robotica e cobotica con i giunti veloci ed efficienti ispirati ai ragni che possono controllare un'ampia varietà di robot Non sarebbe la prima volta che i ragni fungono da modelli biologici per il campo di ricerca della robotica morbida. I meccanismi di azionamento idraulico con cui gli artropodi muovono le gambe quando tessono le loro tele o durante la caccia danno ai ragni poteri che alcuni robot o ingegneri cercano di ricreare. Un team di ricercatori del Max Planck Institute for Intelligent Systems e dell'Università del Colorado Boulder negli Stati Uniti ha ora ricreato un giunto di ragno che non è mai stato visto prima. I cosiddetti robot articolati possono essere spostati molto bene con esso, poiché le sue gambe se la cavano senza componenti ingombranti e pezzi di collegamento che appesantiscono il robot, lo rendono immobile e lento. Le strutture di giunzione snelle e leggere e semplici sono particolarmente impressionanti perché possono catapultare il robot fino a dieci volte la sua altezza. Alla fine di maggio è stato pubblicato su Advanced Science il documento di ricerca dal titolo "Attuatori elettroidraulici ispirati al ragno per articolazioni veloci ad azionamento morbido".L'alto rimbalzo è reso possibile dai cosiddetti giunti elettroidraulici ad azionamento morbido ispirati al ragno- Giunti SES in breve. I ricercatori utilizzano le articolazioni in molte configurazioni diverse, non solo nello sviluppo di Arachno-Bots. Nel loro lavoro, gli scienziati presentano prima un'articolazione bidirezionale, quindi passano a un arto in più parti e infine dimostrano che possono persino usare le articolazioni per costruire un'intera mano avvincente con tre dita. La mano del robot può facilmente raccogliere e spostare anche oggetti fragili senza rompere nulla. Tutte le creazioni basate su giunti SES sono leggere, semplici nel design e molto potenti. Questo li rende ideali per i sistemi robotici che devono muoversi rapidamente e interagire con molti ambienti diversi.I ricercatori hanno sviluppato le loro articolazioni SES basate sulla tecnologia HASEL, che il team ha inventato alcuni anni fa per costruire muscoli artificiali. I giunti SES imitano un esoscheletro ispirato ai ragni composto da elementi rigidi e morbidi. Tuttavia, mentre l'animale genera una forza idraulica quando estende le gambe, è esattamente il contrario con un robot, cioè quando piega le gambe.I giunti SES sono costituiti da una custodia morbida in sottile film plastico (poliestere o polipropilene). I ricercatori lo riempiono con una sostanza elettricamente isolante. I ricercatori usano un semplice olio vegetale per questo. Quindi attaccano gli elettrodi a ciascun lato della borsa. La borsa a sua volta è collegata a un giunto girevole rigido. Quando viene applicata un'alta tensione tra gli elettrodi, le forze elettrostatiche fanno muovere l'olio vegetale all'interno del sacchetto, facendo ruotare la cerniera. I giunti SES possono essere ruotati fino a 70 gradi. Ciò si traduce in una coppia elevata. Inoltre, le articolazioni tornano automaticamente alla posizione di partenza."Le giunzioni SES sono molto semplici e leggere, poiché non ci sono componenti periferici che appesantiscono il robot", afferma Christoph Keplinger, capo del dipartimento per i materiali robotici presso il Max Planck Institute for Intelligent Systems di Stoccarda. “I robot morbidi richiedono azionamenti versatili. Queste articolazioni ispirate ai ragni sono molto potenti, a basso consumo energetico e facili ed economiche da realizzare: utilizziamo plastica che viene utilizzata anche per confezionare il cibo. La produzione dei giunti sarebbe quindi facilmente scalabile. Questi sono tutti criteri importanti nella progettazione se i robot devono muoversi in molti modi diversi e afferrare un gran numero di oggetti senza romperli".Una mano che afferra con tre dita è un'applicazione che il team utilizza per dimostrare la versatilità delle articolazioni SES. Se invece il team avesse dotato la pinza di muscoli artificiali, questi sarebbero d'intralcio quando la mano robotica afferra un oggetto. I giunti SES, invece, richiedono molto meno spazio."Ciò che distingue la ricerca è che possiamo utilizzare un'ampia varietà di materiali, compresa la plastica, da cui vengono realizzati i sacchetti di patatine", afferma il primo autore della pubblicazione Nicholas Kellaris dell'Università del Colorado Boulder. "In questo modo possiamo utilizzare i giunti SES in molti robot diversi, tutti con proprietà molto speciali"."Costruire un robot ragno non era il nostro obiettivo principale", aggiunge Philipp Rothemund, il secondo autore della pubblicazione. "Invece, volevamo sviluppare un giunto moderno e versatile che potesse essere integrato in qualsiasi tipo di robot".I giunti SES saranno molto utili in futuro, soprattutto per i piccoli sistemi robotici di pochi centimetri, dove lo spazio limitato limita fortemente la scelta dell'azionamento. Questa invenzione è un vero balzo in avanti per il campo di ricerca della robotica morbida. Per quali prodotti in plastica la biodegradazione è un'opzione sensata di fine vita? Il progetto BioPlastica ha trovato prodotti e applicazioni per i quali la biodegradazione a fine vita è un'opzione reale. 25 profili rispondono a domande tecniche e normative per ogni applicazione. È stato anche stimato il volume di mercato di queste applicazioni: in Italia si aggira intorno alle 170.000 tonnellate, nell'Unione Europea circa 1 milione di tonnellate all'anno! Diversi milioni di tonnellate di plastica finiscono nell'ambiente nell'UE. In natura, in acqua, nel flusso di compost - ogni anno, senza ostacoli. Una volta atterrato lì, è spesso quasi impossibile restituirlo al flusso di riciclaggio: troppo piccolo, non rilevabile, troppo costoso. Ma ci sono anche prodotti in plastica che, anche se usati correttamente, finiscono in natura, negli specchi d'acqua o in compost che non vengono nemmeno riciclati. E ne abbiamo a che fare con molti di loro ogni giorno. Pensa a prodotti cosmetici, bustine di tè, gomme da masticare o adesivi su frutta e verdura.L'uso di materiali biodegradabili da materie prime rinnovabili sarebbe un'opzione sensata in questo caso? I critici dubitano che la biodegradazione sia vantaggiosa e si affidano alla riduzione, alla raccolta e al riciclaggio complessivi dei prodotti di plastica. Temono inoltre che i prodotti biodegradabili possano indurre i consumatori a disperdere i prodotti nell'ambiente. Nel progetto "BioPlastica - Profili di prodotti biodegradabili sensibili", che dovrebbe essere finanziato dal Ministero MITE e MAFdell'alimentazione e dell'agricoltura, gli esperti hanno esaminato se esistono applicazioni e prodotti per tale biodegradazione è una ragionevole o addirittura la migliore opzione di fine vita. I criteri di selezione erano che la raccolta dei prodotti (o dei loro avanzi), la separazione dei prodotti da altri rifiuti organici o il riciclaggio dei materiali non è possibile, non è economicamente fattibile o non avviene nella pratica. Ulteriori criteri erano che utilizzando materiali biodegradabili si può evitare l'ingresso di microplastiche nell'ambiente o che effetti positivi indiretti, come ad es. B. si può ottenere un vantaggio secondario rilevante. In diversi workshop, gli esperti e un comitato consultivo del progetto composto da rappresentanti dell'industria, della scienza e della politica, sono stati in grado di identificare 25 applicazioni per le quali la biodegradabilità è stata buono o addirittura buono rappresenta la migliore opzione di fine vita. Questi sono stati esaminati da tutti i lati: in quali ambienti rimangono esattamente i prodotti? Esistono già materiali biodegradabili idonei realizzati con materie prime rinnovabili per questi requisiti speciali? Quali sono le condizioni generali di mercato e politiche? Oltre ai prodotti utilizzati dai consumatori finali, sono state scoperte anche applicazioni meno conosciute o poco appariscenti che causano l'immissione di una grande quantità di plastica nell'ambiente. Le setole della maggior parte delle spazzatrici urbane sono realizzate ad es. B. in plastica, che si consuma e rimane irrimediabilmente nell'ambiente. Le applicazioni agricole come il rivestimento delle sementi oi flocculanti contenuti nei fanghi di depurazione sono spesso costituiti da polimeri non biodegradabili e vengono sistematicamente introdotti nel terreno. O i prodotti della pesca che si perdono in mare. I flussi di compost possono anche essere contaminati dalla plastica. Il risultato del progetto sarà una brochure per i decisori dell'industria e della politica, ma anche per il pubblico in generale, con 25 profili di prodotto e ampie informazioni di base sul tema della biodegradazione. Per ogni prodotto viene spiegato fino a che punto la biodegradazione è un'opzione sensata e fattibile e quali opzioni tecniche di sostituzione esistono per un uso più sostenibile dei materiali. Inoltre, per ciascun prodotto sono state esaminate e valutate le condizioni quadro politiche e le normative. Per la prima volta sono stati rilevati e stimati anche i volumi di mercato per l’Italia e l'UE. Il volume totale delle 25 applicazioni è di circa 170.000 tonnellate in Italia e di circa 1 milione di tonnellate nell'Unione europea (vedi grafico), la maggior parte delle quali finisce nell'ambiente. Uno degli obiettivi del progetto era mostrare il potenziale delle plastiche biodegradabili, che finora è stato spesso trascurato. La maggior parte del dibattito pubblico ruota attorno agli imballaggi, ma di norma possono e devono essere raccolti e riciclati. BioPlastica si è quindi concentrato proprio su quelle applicazioni per le quali la raccolta non è o è difficilmente possibile nella pratica. Ad esempio, il volume per applicazioni in agricoltura attraverso coadiuvanti di flocculazione in fanghi di depurazione, rivestimento delle sementi, polimeri di supporto per pesticidi e film di pacciamatura è particolarmente elevato.Sostituti biodegradabili per i materiali attualmente utilizzati sono stati trovati per 24 delle 25 applicazioni. Solo un'applicazione non ha avuto successo, la gomma da cancellare anche se Caffese aveva introdotto 20 anni fa in un progetto Sicilia-Sardegna lo guayule(produce una gomma non allergica che ora usa anche Continental nelle gomme per diminuire PM10 e 2.5 da rotolamento gomme) che Eni ha poi copiato da Caffese per un progetto biofuels in Sardegna . Finora non esiste un'alternativa sostenibile con le stesse proprietà. Se vuoi evitare le microplastiche, devi fare a meno di questo prodotto.I prodotti alternativi sono spesso più costosi, ma per lo più poco conosciuti sul mercato o scarsamente disponibili. Spesso anche utenti e consumatori mancano di consapevolezza del problema e delle alternative. I consumatori di solito non sono consapevoli che le gomme da masticare convenzionali sono fatte di plastica o che le salviettine umidificate contengono un'alta percentuale di plastica per mantenerle ferme. In entrambi i casi, nell'ambiente rimangono plastiche che non si biodegradano. La legislazione attuale e gli standard esistenti spesso rappresentano ancora ostacoli a una più forte introduzione sul mercato di prodotti biodegradabili nelle applicazioni corrispondenti, non ci sono guard rail politici. In molti casi, misure politiche specifiche potrebbero avere un impatto significativo e aprire mercati per alternative. Progetto BioPlastiche: “All'inizio del progetto c'era una domanda: potrebbero esserci applicazioni in cui la biodegradazione è la migliore opzione di fine vita, perché ad es. B. la raccolta e il riciclaggio non sono praticabili? Nel progetto sono state trovate e analizzate 25 applicazioni di questo tipo. È stato sorprendente scoprire che questi usi hanno un volume totale di 1 milione di tonnellate nell'Unione europea - e la maggior parte di essi trova ancora la sua strada nell'ambiente oggi sotto forma di macro e microplastiche non biodegradabili. Qui, i prodotti biodegradabili realizzati con materie prime rinnovabili potrebbero ridurre significativamente l'impatto sull'ambiente. Speriamo che l’Italia finanzi il progetto con Polimi., Fabbriche Italia per un Nuova tecnologia per la produzione di sostanze chimiche di base Si ritiene che i biocatalizzatori abbiano un grande potenziale per la produzione industriale di composti chimici per l'industria farmaceutica, agricola e alimentare. Nel progetto di ricerca "Display superficiale degli enzimi come tecnologia della piattaforma", gli scienziati e progettisti “stanno operando con la crescente consapevolezza della sostenibilità, la domanda di alternative rigenerative alla chimica di sintesi organica convenzionale è in aumento. C'è un grande potenziale qui per gli enzimi isolati dalla natura, che vengono adattati utilizzando metodi di biologia molecolare per la loro applicazione specifica nell'industria come cosiddetti biocatalizzatori per la produzione ecologica di composti organici ", spiega Caffese P.L.. Come esempi di sostanze chimiche di base che possono essere prodotte in questo modo, cita l'acrilammide come materia prima polimerica diversificata, gli amminoacidi e gli alcoli chirali e le ammine.I vantaggi quantificabili della biotrasformazione enzimatica o microbica comprendono un minor numero di passaggi produttivi, un minor consumo energetico, una riduzione delle emissioni inquinanti e un risparmio di materie prime.Tuttavia, l'uso di biocatalizzatori nell'industria chimica italiana è stato finora limitato a poche aree. Questo perché gli enzimi spesso non sono stabili e la loro produzione è complessa e costosa. Gli scienziati vogliono quindi sviluppare una piattaforma tecnologica con cui gli enzimi possano essere ancorati sulla superficie delle cellule batteriche. Vogliono dimostrare che l'uso di biocatalizzatori con questi cosiddetti enzimi a presentazione superficiale porta a un notevole miglioramento tecnico, ecologico ed economico nella produzione di composti organici. A tal fine, il lavoro di biologia molecolare e di ingegneria dei processi è combinato e convalidato in una rete di partner accademici e industriali per il progetto fabbrica ITALIA.