Smart City

Si chiama calcolo reversibile ed è uno dei filoni che il mondo della ricerca sta seguendo per dare vita a paradigmi di calcolo radicalmente nuovi, per rispondere a quello che si profila altrimenti come un “collo di bottiglia” per lo sviluppo del digitale e in particolare dell’IA: il consumo energetico. Oggi il calcolo reversibile è ancora una branca emergente dell’informatica, non sufficientemente sviluppata per un impiego su larga scala. Nasce dall’osservazione che tutti gli algoritmi attuali distruggono informazione ogni volta che assegnano un valore a una casella di memoria, cancellando il valore precedente. I teorici hanno dimostrato che distruggere informazione ha un costo energetico che il calcolo reversibile eliminerebbe alla radice. Ce ne parla Ivan Lanese, Professore di Informatica all'Università di Bologna e coordinatore del progetto.

Fare la lampada all’uva migliora colore e profumo dei vini. È quanto hanno scoperto, e descritto sulla rivista internazionale Plants, i ricercatori dell’Università di Pisa. Nella tenuta dell’Ornellaia a Bolgheri, in Toscana, hanno dimostrato infatti come applicazioni aggiuntive di luce ultravioletta (UV-C) durante la fase di maturazione delle uve stimolino la pianta a produrre una maggiore quantità di composti naturali responsabili del colore e del profilo aromatico del vino. Il dato interessante - che spiega l’aggettivo “aggiuntive” - è che questi trattamenti, o trattamenti molto simili, sono già utilizzati in vigneto per il controllo delle malattie della vite e ridurre l’utilizzo di pesticidi. Si tratterebbe quindi di riorientare una pratica agronomica già esistente, facendo in modo che colga entrambi gli obiettivi. Ce ne parla Claudio D’Onofrio, Professore di Viticoltura all’Università di Pisa e coordinatore della ricerca.

Abbattere del 20% i consumi elettrici e del 60% i consumi termici nell’industria dei succhi di frutta, grazie a una nuova tecnologia chiamata campi elettrici pulsati, applicabile ampiamente in tutta l’industria alimentare dove sia necessario pastorizzare, sterilizzare, essiccare e cuocere: operazioni che rappresentano tra il 20% e il 50% dei consumi del comparto. È quanto emerge da una ricerca condotta da ENEA in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Salerno. Con questo studio è stato dimostrato che brevi impulsi elettrici, di milionesimi di secondo, uccidono i batteri e aprono i pori nelle cellule vegetali, accelerando i processi di evaporazione. È un esempio di come rimangano larghi margini di manovra per fare efficienza energetica anche in settori industriali che consideriamo di punta, come l’agroalimentare in Italia. Ne parliamo con Giovanni Landi, Ricercatore del Laboratorio Soluzioni Integrate per l’Efficienza Energetica di ENEA.

Quanto gas e quanto petrolio abbiamo in Italia? Nelle ultime settimane abbiamo dedicato numerose puntate di Smart City alle varie fonti rinnovabili e a come accelerarne l’installazione a favore di un’energia più economica e più sicura. Ma la situazione geopolitica deve farci guardare anche alle riserve di idrocarburi di casa. Oggi la produzione nazionale è ridotta ai minimi termini, come risultato di precise scelte di non concedere ulteriori permessi di esplorazione e di estrazione. Scelte che lasciano dubbi anche sul piano ambientale. In effetti, localmente si evita l’impatto diretto delle attività estrattive. Ma questo ci sarà comunque altrove, con l’aggravio di ulteriori emissioni dovute al trasporto, a eventuali perdite e a processi energivori come la liquefazione nel caso del GNL. È dunque opportuno porsi la domanda: cosa abbiamo nel giardino di casa? Che ruolo può svolgere nell’accompagnarci nei prossimi anni, mentre facciamo avanzare la transizione energetica? Ne parliamo con Davide Tabarelli, Presidente di Nomisma Energia.

Un computer biologico, fatto cioè di cellule cerebrali umane disposte su un chip ricoperto di elettrodi, ha imparato in una settimana a giocare a Doom, il famoso videogioco “spara-spara”. A realizzare il computer biologico e a renderlo programmabile attraverso un linguaggio di programmazione popolare come Pyton, è stata la start-up australiana Cortical Lab. Ad addestrarlo a giocare a Doom, è stato invece un programmatore indipendente: Sean Cole. “Brain on a chip” non è un grande giocatore di Doom, ma è già sorprendente che funzioni con una frazione infinitesimale delle cellule nervose di un cervello umano. Resta tuttavia il problema che potrebbe funzionare perfino troppo bene in scenari di guerra. Ce lo racconta Chiara Magliaro, professoressa del Centro di Ricerca E. Piaggio dell’Università di Pisa.

Il materiale più duro al mondo non è più il diamante, ma una nuova forma cristallina del carbonio chiamata diamante esagonale, prevista dalla teoria negli anni ’60. Tracce di questa forma erano state trovate in alcuni meteoriti, ma non era mai stata ottenuta in laboratorio. Ora, invece, il Center for High Pressure Science and Technology di Pechino ne ha sintetizzato un campione relativamente macroscopico (circa 1 mm di diametro), seppure per generarlo siano servite una temperatura di 1400°C e una pressione di 200 mila atmosfere. In queste condizioni estreme, gli atomi di carbonio si organizzano secondo una struttura cristallina non più cubica ma esagonale, che conferisce al materiale una durezza del 60% superiore a quella del diamante. In prospettiva questo nuovo materiale, depositato in strati sottili, potrebbe essere utilizzato per realizzare una varietà di utensili usati per l’industria e per applicazioni estreme, come le perforazioni di pozzi geotermici dove bisogna bucare roccia dura e calda. Ce ne parla Daniele Trucchi, Dirigente di ricerca dell’ISM Istituto di Struttura della Materia e direttore del DiaTHEMA Lab.

Etil-levulinato: è il nome di uno dei più interessanti solventi che si possano ottenere da materie prime biologiche, e ha ottime caratteristiche anche come additivo per carburanti. Infatti può essere miscelato fino al 30-40% sia con il diesel che con la benzina, emettendo meno CO2 e altre sostanze inquinanti. All’università di Pisa hanno trovato un modo economico ed efficiente di produrlo a partire da scarti di pane, uno dei rifiuti alimentari più abbondanti al mondo: circa un milione di tonnellate all’anno, di cui buona parte inutilizzabile anche per l’alimentazione animale. Ma il processo funziona con qualunque fonte di amido. Lo studio, descritto sulla rivista “Journal of Environmental Chemical Engineering”, è stato finanziato nell’ambito del progetto PNRR NEST e rappresenta l’ennesimo esempio di come coniugare sostenibilità ambientale, economica e sicurezza energetica. Ne parliamo con Anna Maria Raspolli Galletti, professoressa dell’Università di Pisa.

In Italia produciamo circa 2,5 miliardi di metri cubi di bio-metano, ottenuto in gran parte dalla fermentazione di scarti agricoli, rifiuti organici e deiezioni degli allevamenti. L’obiettivo al 2030 supera i 5,3 miliardi di metri cubi e da anni circolano stime secondo le quali si potrebbe puntare a 8 o 9 miliardi di metri cubi, pari al 15% dell’attuale consumo nazionale di metano; senza contare che il residuo solido della produzione di biogas, il digestato, è un ottimo fertilizzante azotato. Obiettivi, quelli al 2030, che non sono impossibili da raggiungere. Ma per andare oltre è probabile che servano almeno un paio di aggiustamenti alla normativa europea, che prevede restrizioni molto forti sia sull’utilizzo di colture dedicate sia sulla possibilità di spargere digestato nei campi. Ne parliamo con Piero Gattoni, Presidente del CIB (Consorzio Italiano Biogas) e dell'EBA (European Biogas Association).

Siamo tutti abbastanza in grado di afferrare un oggetto al volo stimandone istintivamente la traiettoria, che si tratti di calciare un pallone o di lanciare un qualunque altro oggetto. Naturalmente un computer è perfettamente in grado di calcolare la traiettoria esatta di quello stesso pallone, applicando alla lettera tutte le leggi della fisica; il nostro cervello arriva a un risultato simile in un modo completamente diverso, e la stessa cosa sono in grado di fare le reti neurali alla base di molte applicazioni dell’IA. Se il primo calcola, il secondo stima, intuisce. Se il primo offre precisione assoluta, ma al prezzo di un gran numero di calcoli, il secondo è meno preciso ma offre immediatezza. Ed eccoci a Fast Computing, start-up nata all’interno dell’ecosistema della SISSA, il cui obiettivo è portare questa sorta di “intuito” che caratterizza gli algoritmi di IA nel mondo delle simulazioni numeriche, offrendo una scorciatoia computazionale per simulare in tempo reale molti processi fisici, industriali e biologici molto complessi. Ce ne parla Gianluigi Rozza, Professore di Numerical Analysis alla SISSA di Trieste, Direttore Scientifico e cofondatore di Fast Computing.

Per una presa salda ci vuole una pinza “molle”: ecco la tecnologia per far manipolare ai robot oggetti di ogni tipo Afferrare oggetti di ogni forma, dimensione e consistenza, con il giusto mix di forza e delicatezza. Noi umani lo facciamo con la massima naturalezza, ma ai robot riesce tutt’altro che facile, da cui prototipi di mani e pinze robotiche a non finire: dure, morbide, sensorizzate, pneumatiche, ecc. Da qualche anno è però emersa una nuova soluzione, basata sulla cosiddetta elettroadesione. In pratica, è possibile rendere “adesive” a comando delle superfici, sfruttando un principio di tipo elettrostatico simile a quello con cui attiriamo pezzetti di carta con una bacchetta di vetro dopo averla strofinata. Omnigrasp, startup finanziata con quasi 2,5 milioni di euro dal programma europeo Transition, ha sviluppato una pinza basata su questo principio: costituita da due sottilissimi foglietti di materiale soffice in grado di aderire a comando a quasi ogni superficie, permette di maneggiare dalla fragola al melone in modo semplice e senza danni. Ce ne parla Vito Cacucciolo, Professore di Meccatronica e Robotica Del Politecnico di Bari e cofondatore della startup Omnigrasp.

Si chiama ARCA - Agritech Research Center Arena - ed è una nuova infrastruttura di ricerca che ha visto la luce all’Università Federico II, all’interno del Centro Nazionale di Ricerca per le Tecnologie dell’Agricoltura, uno dei 5 nati nel 2022 grazie a fondi PNRR. Si tratta di una struttura di cinque piani, all’interno della quale convivono ambienti capaci di replicare microclimi diversi, sistemi di sensori che monitorano ogni variabile, e tutte le principali tecnologie di coltivazione fuori suolo: aeroponica, acquaponica, substrato sintetico. Al suo interno le piante possono essere osservate mentre si adattano - o faticano ad adattarsi - ai cambiamenti climatici e alle varie condizioni di coltura, permettendo non solo ai ricercatori, ma anche alle imprese agricole di prendere decisioni di investimento dati alla mano. Ne parliamo con Matteo Lorito, Rettore dell'Università degli Studi di Napoli Federico II e Presidente di Agritech.

Poiché il razionamento energetico costituisce certamente una misura estrema, è preferibile adottare misure preventive atte a guadagnare tempo in attesa di un miglioramento della situazione. Le ha messe nero su bianco la FIRE, Federazione per gli usi razionali dell’energia, in un documento consegnato al governo in cui compaiono insieme a molti altri suggerimenti per accelerare sull’efficienza energetica. Si va dalla riduzione dei limiti di velocità in autostrada, all’introduzione di regole per l’accensione dei condizionatori simili a quelle che già esistono per l’accensione dei riscaldamenti invernali. E ancora, più smart working e più IA, che sì, consuma energia, ma applicata correttamente può farcene anche risparmiare molta. Ne parliamo con Dario di Santo, Direttore di FIRE - Federazione per gli usi razionali dell’energia.

Continua lo speciale di Smart City, dedicato alla crisi energetica e alle soluzioni che abbiamo in casa ma non usiamo. Questa sera facciamo il punto sullo sviluppo dell’eolico in Italia, che negli ultimi anni non è andato bene: nel 2024 è stato installato circa mezzo GW; nel 2025 si è passati a 0.6GW. Ma siamo ancora molto al di sotto delle attese e questi ritardi ci costano cari. L’eolico è una fonte di energia elettrica tra le più economiche e offre sicurezza e sovranità energetica, ma arranca tra procedure autorizzative complicatissime e tempi di approvazione biblici. Mentre non meno di 1GW di progetti potrebbe essere sbloccato con un semplice atto amministrativo dalla Presidenza del Consiglio dei Ministri. Ne parliamo con Simone Togni, Presidentedi ANEV.

Eolico e Fotovoltaico costano stabilmente, da anni, meno dell’elettricità prodotta da gas. Anni di campagne contro le rinnovabili sembra siano riusciti a oscurare questo elementare dato di fatto. Ciononostante le ultime aste del GSE, l’anno scorso, hanno chiuso a cifre che vanno da meno di 60 a poco più di 74€MWh, contro i 170 dell’elettricità da gas di oggi. Attraverso questo e altri meccanismi, che realizzano il famoso disaccoppiamento, è oggettivamente possibile ridurre il costo dell’energia in bolletta. Eppure almeno 11GW di richieste di autorizzazione per nuovi impianti giacciono in attesa di validazione da parte della Presidenza del Consiglio di ministri, che potrebbe sbloccarle con un semplice atto amministrativo. Ma c’è di più. Nel corso di questa e delle prossime puntate, parleremo delle strategie e delle fonti attraverso cui il Paese potrebbe diventare più autonomo e ridurre la bolletta. Ospite di questa puntata: Tommaso Barbetti, Partner di Elemens.

Più fonti non programmabili come sole e vento installeremo, più avremo bisogno di sistemi di accumulo di durata crescente. Le moderne batterie al litio svolgono egregiamente il compito su una scala scala temporale che va dai secondi alle ore. Ma per applicazioni in cui i cicli di carica e scarica sono più radi e più lunghi, la loro convenienza economica viene meno. Ed è qui che entrano in gioco le batterie a flusso: parenti delle normali batterie, se ne differenziano perché invece di avere i reagenti impacchettati al loro interno insieme agli elettrodi, li conservano all’esterno in appositi contenitori. Seppur meno efficienti, permettono di aumentare la capacità di accumulo semplicemente aggiungendone di nuovi. Finora questo settore è dominato dalle batterie a flusso al vanadio cinesi, ma una start-up Italiana, Green Energy Storage, è convinta di avere in mano una tecnologia migliore basata sul manganese: più economico, reperibile e facile da maneggiare; una tecnologia che ad oggi non esiste e sulla quale, quindi, si può ancora aspirare ad acquisire un primato. Ospite Salvatore Pinto, Fondatore e presidente - Green Energy Storage.

La dissalazione è una risorsa strategica per molti paesi che da essa dipendono completamente per il rifornimento di acqua dolce. Tra questi, presto ci saranno anche varie regioni del Sud-Europa, come il Sud-Italia. Il problema della dissalazione è tuttavia la necessità di ingenti quantità di energia. Uno studio del Politecnico di Torino, pubblicato su Cell Reports Physical Science, descrive un nuovo materiale: un gel ottenuto da alghe brune, che permette di produrre acqua dolce, valorizzando il calore a bassa temperatura disperso da moltissimi processi industriali. Parliamo di fumi e reflui a 50 o 60°C, di cui siamo pieni: un oceano di energia, ma di bassa qualità, che i ricercatori torinesi hanno trovato il modo di usare per produrre il più essenziale dei beni: l’acqua. Ne parliamo con Matteo Fasano, professore del Dipartimento DENERG del Politecnico di Torino.