AFFRONTARE LE SFIDE DELLA SCIENZA DEI MATERIALI: LE SOLUZIONI DELL’UNIVERSITÀ DI MESSINA CON L’ANALISI CHNS/O

29/10/2024

Nella ricerca scientifica moderna, l'utilizzo di strumentazione avanzata può fare la differenza per il successo dei progetti. Il Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Messina ha potenziato le sue capacità grazie all'EMA 502 e all’analisi CHNS/O, aprendo nuove opportunità in campi come lo sviluppo di sensori, lo studio di rifiuti agricoli e biomasse, l'analisi dell'idrochar e la determinazione del potere calorifico netto.

Il Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Messina è un polo multidisciplinare che abbraccia settori che vanno dall’ingegneria industriale all’elettronica informatica e all’ingegneria civile. Un aspetto chiave della ricerca riguarda l'analisi chimica dei materiali organici, in particolare nei progetti focalizzati sulla ricerca nella scienza dei materiali per lo sviluppo di sensori, la valorizzazione dei rifiuti agricoli e lo studio della biomassa.

Un'area di ricerca particolarmente rilevante presso l'Università di Messina è la trasformazione di materiali di scarto, come bucce d'arancia, residui della produzione di birra e alghe, in idrochar, un materiale ricco di carbonio dalle molteplici applicazioni. L'università utilizza un innovativo processo di pirolisi chiamato carbonizzazione idrotermale, che simula la formazione naturale dei combustibili fossili, carbonizzando la biomassa a temperature molto più basse (200-300°C) rispetto alla pirolisi tradizionale (che può raggiungere fino a 1200°C). Questo processo è particolarmente vantaggioso poiché consente di lavorare con biomassa umida, eliminando la necessità di un costoso processo di essiccazione.

AFFRONTARE LE SFIDE DELLA SCIENZA DEI MATERIALI: LE SOLUZIONI DELL’UNIVERSITÀ DI MESSINA CON L’ANALISI CHNS/O

Il team di ricerca si concentra principalmente su due prodotti di questo processo: una fase solida e una fase liquida ricca di composti organici. L'idrochar solido ha dimostrato un potenziale straordinario, sia come carbone attivo per l'assorbimento di inquinanti (ad esempio, la rimozione di coloranti e composti azotati dalle acque reflue), sia in agricoltura come fertilizzante sostenibile a base di carbonio, in grado di migliorare la qualità del suolo riducendo gli scarti.

La fase liquida, ricca di composti organici, è anch’essa di grande interesse. Le sue potenziali applicazioni spaziano dalla produzione di biocarburanti all'estrazione di composti utilizzabili nell’industria cosmetica e farmaceutica. La ricerca dell'Università di Messina evidenzia anche il potenziale di questo sottoprodotto liquido nel miglioramento della crescita delle colture, come dimostrato dai loro esperimenti sui fagioli, che hanno registrato tassi di crescita superiori rispetto alle piante non trattate.

Attraverso queste ricerche, l'Università di Messina non solo sta sviluppando tecnologie innovative per la trasformazione sostenibile dei rifiuti in risorse, ma sta anche ampliando le conoscenza scientifiche sui nanomateriali a base di carbonio. Il lavoro sull'idrochar ha portato allo sviluppo di sensori avanzati per la rilevazione di composti chimici come la dopamina e gli ossidi di azoto (NOx), con applicazioni nel settore sanitario e nel monitoraggio ambientale. Integrando questi nanomateriali nelle tecnologie sensoristiche, stanno aprendo la strada a soluzioni più efficienti ed ecologiche in diversi settori industriali.

Ridurre i tempi di attesa per migliorare l'efficienza del team di ricerca

Una dei principali ostacoli per il dipartimento era la dipendenza dai laboratori esterni per i le analisi CHNS. L'esternalizzazione dell'analisi elementare non solo era costosa, ma i lunghi tempi di attesa spesso ostacolavano il rispetto delle tempistiche dei progetti, rallentando il processo di ricerca.

Inoltre, i risultati provenienti dai laboratori esterni talvolta variavano, causando discrepanze che incidevano sull'affidabilità complessiva dei risultati ottenuti. Questa mancanza di controllo su una parte cruciale della ricerca impediva ai ricercatori di condurre esperimenti rapidi e di pubblicare tempestivamente i loro lavori.

Senza la possibilità di effettuare analisi CHNS/O internamente, il dipartimento mancava degli strumenti necessari per supportare le crescenti esigenze di ricerca in aree emergenti come l'analisi dell'idrochar e lo sviluppo di materiali a base di carbonio per tecnologie sensoristiche.

"La possibilità di effettuare analisi CHNS/O internamente è diventata essenziale per il nostro lavoro", affermano la Professoressa Associata Claudia Espro e la Ricercatrice Post-dottorato Dott.ssa Viviana Bressi. "Di fronte alla sfida di doverci affidare a laboratori esterni, il nostro dipartimento ha scelto l'analizzatore EMA 502 CHNS/O di VELP, ampliando significativamente le sue potenzialità di ricerca, grazie alla capacità di determinare carbonio, idrogeno, azoto, zolfo e ossigeno nei composti organici."

Ampliare le capacità analitiche internalizzando l'analisi CHNS/O

Per ottimizzare il processo di ricerca, l'Università di Messina ha adottato l'EMA 502 Analizzatore Elementare CHNS/O. Questo strumento versatile ha offerto la soluzione ideale per le esigenze del dipartimento, consentendo analisi CHNS/O interne con elevata precisione e affidabilità.

In questo contesto, l'EMA 502 permette al team di ricerca di analizzare sia i prodotti solidi che quelli liquidi del processo di carbonizzazione. L'analizzatore fornisce misurazioni dettagliate del carbonio e dell'idrogeno nell'idrochar, essenziali per valutarne il potere calorifico. Allo stesso modo, l'analisi dell'azoto consente di determinarne l'idoneità come fertilizzante o biocarburante. Infatti, il contenuto di azoto è fondamentale per valutare il potenziale dell'idrochar come miglioratore del suolo, mentre la presenza di composti organici nella fase liquida suggerisce applicazioni nella produzione di energia e nella catalisi.

La precisione e la riproducibilità dell'analizzatore hanno rappresentato un vero e proprio punto di svolta per il dipartimento:

I ricercatori non devono più preoccuparsi dei lunghi tempi di attesa per i risultati o delle incoerenze nei dati causate dall'esternalizzazione, poiché l'EMA 502 garantisce risultati rapidi e affidabili in sede.
L'interfaccia software intuitiva ha facilitato l'integrazione nei flussi di lavoro della ricerca.
La possibilità di eseguire analisi automatiche e di archiviare digitalmente i risultati ha inoltre migliorato la collaborazione tra team e progetti diversi.
Grazie alla piattaforma cloud VELP Ermes, il Dipartimento di Ingegneria può beneficiare del monitoraggio e controllo da remoto dello strumento, oltre che del supporto e della manutenzione tempestivi forniti direttamente dal servizio tecnico di VELP, garantendo una rapida risoluzione dei problemi e minimizzando i tempi di inattività.

"L'introduzione dell'analizzatore elementare EMA 502 CHNS/O presso il Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Messina ha segnato un notevole passo avanti per le nostre capacità di ricerca. L'adozione dell'analisi CHNS/O interna ha permesso al dipartimento di superare sfide di lunga data legate a costi, tempi e affidabilità dei dati effettuate presso laboratori terzi. Questo ha ampliato le possibilità di esplorare nuovi ambiti di ricerca, come i nanomateriali e lo studio dell'idrochar.".

Professoressa Claudia Espro - Professoressa Associata, Dipartimento di Ingegneria

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Per approfondire ulteriormente le ricerche del Dipartimento di Ingegneria dell'Università di Messina e le applicazioni dell'EMA 502, puoi consultare qui le loro pubblicazioni scientifiche.

La precisione, l'affidabilità e la funzionalità all-in-one dell'EMA 502 si sono rivelate fondamentali per migliorare la qualità e l'efficienza della ricerca del dipartimento. Questo case study dimostra l'importanza di investire in strumenti analitici avanzati, che permettono alle organizzazioni di controllare i propri dati, migliorare i risultati della ricerca e promuovere l'innovazione in più discipline.

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