Progetti dei detective del clima 2022-2023
Titolo del progetto: InNovarAzione: Cambiamento climatico, qualità dell'aria ed economia agricola locale
Squadra: InNovarAzione
ITI OMAR Novara Italia 7 Età dello studente: 14-15 anni, 16-17 anni
È possibile creare un materiale super-assorbente per l'agricoltura per far fronte alla siccità?
È possibile creare un materiale superassorbente per l'agricoltura per fare fronte alla siccità?
I cambiamenti climatici e ambientali hanno un impatto particolare sull'acqua. Dei 7,7 miliardi di abitanti del pianeta, circa 3 miliardi vivono in zone aride. Queste ultime, complessivamente, coprono 46,2% della superficie terrestre. Visti i cambiamenti climatici in corso, i lunghi periodi di siccità e l'aumento delle aree desertiche, è necessario poter studiare nuovi materiali per catturare e immagazzinare l'acqua nell'aria. In Piemonte, l'estate del 2022 ha avuto una temperatura media di 20,7°C, con un'anomalia termica positiva di 3,1°C rispetto alla media 1971-2000, ed è stata la seconda stagione estiva più calda nella distribuzione storica degli ultimi 65 anni dopo l'eccezionale estate del 2003. L'utilizzo di immagini satellitari (indici NDMI, NDVI, OTCI), elaborate con tecniche avanzate di intelligenza artificiale, ha permesso di stabilire che in provincia di Novara sono andati persi circa 3.000 ettari di risaie, che rappresentano il 10% della superficie risicola totale del novarese. Il nostro progetto mirava a costruire un prototipo per catturare l'umidità dell'aria e trasformarla in acqua. L'obiettivo principale era la realizzazione di un prodotto superassorbente a basso costo, stabile, rigenerabile e soprattutto ottenibile da materie prime verdi. Il gel è composto principalmente da due ingredienti economici e comuni: la cellulosa, che deriva dalle pareti delle piante, e la gomma di Konjac, un addensante usato in cucina. La gomma Konjac, grazie alla sua struttura porosa, cattura l'umidità dall'aria mentre la cellulosa, quando viene riscaldata dal sole, rilascia l'acqua catturata grazie alle sue qualità idrorepellenti. I tempi di sintesi sono ridotti perché il gel, una volta liofilizzato in uno stampo, può essere staccato e utilizzato immediatamente.
I cambiamenti climatici ed ambientali impattano in modo particolare sull'acqua. Sui 7,7 miliardi di abitanti del Pianeta, circa 3 miliardi vivono nelle zone aride. Queste ultime, messe insieme, coprono il 46,2% delle terre emerse. Visti i cambiamenti climatici in atto, i lunghi periodi di siccità, l'aumento delle zone desertiche, è necessario potere studiare nuovi materiali per la cattura e l'immagazzinamento dell'acqua presente nell'aria. In Piemonte l'estate 2022 ha avuto una temperatura media di 20,7°C, con un'anomalia termica positiva di 3,1°C rispetto alla media del periodo 1971-2000, ed è risultata la seconda stagione estiva più calda nella distribuzione storica degli ultimi 65 anni dopo l'eccezionale estate 2003. L'utilizzo di immagini satellitari (indici NDMI, NDVI, OTCI), elaborate con tecniche avanzate di intelligenza artificiale, ha permesso di stabilire che nella provincia di Novara sono andati persi circa 3.000 ettari a risaia che rappresentano il 10% della superficie totale a riso del novarese. Il nostro progetto mira alla realizzazione di un prototipo per catturare l'umidità presente nell'aria e trasformarla in acqua. L'obiettivo principale è stato la realizzazione di un prodotto super-assorbente a basso costo, stabile, rigenerabile, ma soprattutto ottenibile da materie prime green. Il gel è composto principalmente da due ingredienti economici e comuni: la cellulosa, proveniente dalle pareti vegetali delle piante, e la gomma di Konjac, un addensante utilizzato in cucina. La gomma di Konjac, grazie alla sua struttura porosa, cattura l'umidità dell'aria mentre la cellulosa, quando si scalda con il sole, rilascia l'acqua catturata grazie alle sue qualità idrorepellenti. I tempi di sintesi sono ridotti perché il gel, una volta liofilizzato in uno stampo, può essere staccato e utilizzato immediatamente.
Misurazione dell'assorbimento del vapore acqueo: Prima di misurare l'assorbimento del vapore acqueo, tutti i campioni sono stati essiccati in forno a 90 °C per almeno 2 ore. I campioni essiccati di polimero super igroscopico (SHPF) sono stati posti all'interno di fiale e poi sigillati in un sistema di umidità controllata da UR (essiccatore o micro-serra). L'umidità relativa nella camera di prova è stata stabilizzata al valore desiderato con una soluzione sovrasatura di un sale specifico. L'umidità relativa di ~15% e ~30% è stata realizzata utilizzando soluzioni supersature di LiCl e CH3CO2K, rispettivamente. Per monitorare l'umidità relativa e la temperatura nella camera sono stati utilizzati un igrometro e una sonda termometrica. Utilizzando una microbilancia, abbiamo poi osservato le variazioni di peso durante le fasi di assorbimento e desorbimento; per il desorbimento controllato è stata utilizzata una lampada IR. Dai risultati sperimentali ottenuti, si può dedurre che le concentrazioni ottimali dei reagenti sono: KGM 4,6% peso e HPC 1% peso.
- I polimeri possono effettuare più di 10 cicli di assorbimento-desorbimento al giorno.
- L'acqua assorbita può essere rilasciata rapidamente a temperature di riscaldamento solare pari a 30 °C.
- L'assorbimento d'acqua diminuisce con l'aumentare del contenuto di HPC
- La gomma di Konjac e l'idrossipropilcellulosa sono biomasse rinnovabili e a basso costo
- Lo spessore più basso del polimero assorbe 0,64 g∙g -1 di acqua a 15% di H.R.
Misura dell'assorbimento del vapore acqueo: Prima della misurazione dell'assorbimento del vapore acqueo, tutti i campioni sono stati essiccati in stufa a 90 °C per almeno 2 h. I campioni di polimerici super igroscopici (SHPF) essiccati sono stati introdotti all'interno di vials e successivamente chiusi in un sistema ad umidità RH controllato (essiccatore o micro-serra). L'umidità relativa nella camera di prova è stata stabilizzata al valore desiderato con una soluzione sovra-satura di un sale specifico. L'umidità relativa del ~15% e del ~30% sono state realizzate utilizzando rispettivamente soluzioni super-sature di LiCl e CH3CO2K. Per il monitoraggio dell'umidità relativa e della temperatura nella camera è stato impiegato un igrometro e una sonda termometrica. Servendoci di una microbilancia, abbiamo poi osservato le variazioni di peso durante le fasi di assorbimento e di desorbimento, una lampada IR è stata usata per il desorbimento controllato. Dai risultati sperimentali ottenuti si deduce che le concentrazioni ottimali dei reagenti sono: KGM 4,6% peso e HPC 1% peso.
- I polimeri possono fare più di 10 cicli di assorbimento-desorbimento al giorno.
- L'acqua assorbita può essere rilasciata in tempi brevi con temperature di riscaldamento solare di 30 °C.
- L'assorbimento di acqua diminuisce con l'aumento del contenuto di HPC
- La gomma di Konjac e l'idrossipropilcellulosa sono biomasse rinnovabili e a basso costo
- Lo spessore più basso di polimero assorbe 0,64 g∙g -1 d'acqua al 15% di H.R.
Dall'analisi dei dati satellitari, dalle indagini di Arpa Piemonte e dagli studi condotti dall'Ente Nazionale Risi, risulta evidente che i cambiamenti climatici in atto, la scarsità d'acqua e l'aumento dell'inquinamento atmosferico stanno compromettendo sia la produzione che la qualità del riso nel novarese. La nostra azione concreta prevede la creazione di una risaia sperimentale di un metro quadrato all'interno del prato della nostra scuola. Il terreno della risaia sarà trattato con il gel superassorbente a base di gomma koniac e idrossipropilcellulosa, sperimentando la varietà di riso Prometeo 81, che ha un apparato radicale molto più sviluppato e può quindi crescere in profondità. In questo modo, la pianta può raggiungere strati di terreno che normalmente non verrebbero esplorati da altre varietà di riso con un apparato radicale orizzontale.
Dall'analisi dei dati satellitari, dai rilievi Arpa Piemonte e dagli studi condotti dall'ente Nazionale risi appare evidente che i cambiamenti climatici in atto, la carenza idrica e l'aumento del grado di inquinamento dell'aria stanno compromettendo sia la produzione sia la qualità dei risi del territorio Novarese. La nostra azione concreta prevede la realizzazione di una risaia sperimentale di un metro quadrato all'interno del prato della nostra scuola. Il terreno della risaia sarà trattato con il gel super assorbente a base di gomma di koniac e idrossi-propil-cellulosa sperimentando la varietà di riso prometeo 81 che possiede un apparato radicale molto più sviluppato e quindi può crescere più in profondità, la pianta, in questo modo, può raggiungere strati del suolo che normalmente non verrebbero esplorati da altre varietà di riso con un sistema radicale di tipo orizzontale.
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Questo progetto è stato tradotto automaticamente in inglese.
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