Il nuovo Centro di IIT a Torino, il CSF@PoliTo, svolge la propria attività grazie a un vasto parco di attrezzature e alle competenze multidisciplinari di un team di ricerca entusiasta ed impegnato. Gli scopi di ricerca sono importanti e legati al futuro sostenibile del nostro pianeta: lo sviluppo di tecnologie di frontiera per rispondere velocemente agli obbiettivi ambiziosi posti dall’assemblea COP21 (Parigi, dicembre 2015) , per affrontare gli effetti del riscaldamento globale. In particolare:

Uso di CO2 come materia prima per la sintesi di composti chimici, materiali o combustibili, così da ottenere sia un effetto quadratico sulla sua rimozione dall’atmosfera o dalle sorgenti di emissione, che la produzione di prodotti rinnovabili in sostituzione di quelli fossili.

Produzione distribuita,ossia lo sviluppo di sistemi di produzione sostenuta da sorgenti di materia ed energia rinnovabili (calore, radiazione solare, elettricità verde, rifiuti organici), seguendo la natura distribuita di queste sorgenti con un’appropriata riduzione di scala e intensificazione di processo per produrre a costi convenienti prodotti ad alto valore aggiunto (es. bio-plastica, antiossidanti, medicine, metano, idrogeno, biocarburanti, ecc.) attraverso tecniche elettro-, bio- o foto-chimiche o loro combinazioni.

Accumulo e sfruttamento di calore di bassa temperatura,rilasciato o perso nell’atmosfera per ragioni economiche da varie contesti applicativi (processi industriali, automobili, riscaldamento residenziale, ecc.), o generato da sorgenti energetiche rinnovabili (e.g. solare termico, sorgenti geotermiche)

Nuove realizzazioni ed investimenti mirati in aree di ricerca chiave (biologia di sintesi e dei sistemi enzimatici) e servizi (modellistica multi scala) forniscono a questo Centro un’unica combinazione di competenze sinergiche e distribuite in quattro divisioni principali: Materiali Avanzati, Additive Manufacturinb, Reattori e Processi, Biologia di Sintesi e dei Sistemi Enzimatici.

Un’alleanza strategica con il Politecnico di Torino è applicata sui temi di ricerca sopra menzionati.

Spazi di laboratorio comune:

  • Laboratorio di Nanomateriali
  • Laboratorio TEM
  • Laboratorio FIB-FESEM
  • Laboratorio di sintesi chimica ed elaborazione dei materiali
  • Laboratorio CHEM
  • Laboratorio di modellistica multiscala
  • Elettronica per il controllo, gestione energetica, diagnostica a bordo (in cooperazione con il Dipartimento di Elettronica e Telecomunicazioni del Politecnico di Torino)

Divisioni

La divisione si dedica allo sviluppo di nuove architetture di (nano)materiali per rispondere alla missione del Centro e la loro produzione attraverso differenti tecniche, che vanno dalla sintesi chimica (sol-gel, sintesi assistita con trattamenti idrotermici o microonde) alla stampa 2D/3D di materiali strutturati per l’implementazione di dispositivi e reattori. In particolare:

  • Materiali e solventi per la cattura di CO2 e il relativo rilascio con basso consumo di energia
  • Materiali polimerici stampabili 2D/3D e dispositive stampati 3D per la cattura di CO2, suo rilascio e conversione
  • Materiali attivi 2D/3D nano-ingegnerizzati (foto) per la conversione di energia rinnovabile e chimica.
  • Materiale stratificato poroso per processi di separazione avanzata.
  • Materiali nano- and micro-ingegnerizzati per accumulo termico

Laboratori ADVM:

  • ECLab – Laboratorio di caratterizzazione Elettrica ed Elettrochimica
  • 3D printers (DLP, SLS, SLA, FDM), sistemi a getto di inchiostro, sistemi a polimerizzazione indotta da luce e UV.
  • NMLab - Laboratorio dei Nano Materiali (deposizione per CVD, reattori Parr, reattori a microonde, essiccatore con CO2 in fase supercritica, liofilizzatore, elettrofilatura, sistemi ad ultrasuoni, miscelatori planetari)
  • Sintesi chimica (spettrofotometro UV-Vis, spettrofotometro ad infrarosso, (foto)reometro, calorimetro a scansione differenziale, analisi termo gravimetrica, assorbimento ottico dinamico, sistema piezoelettrico a singolo e doppio fascio di luce e laboratorio di elaborazione dei materiali).
  • Laboratorio TFL – film sottili (co-sintesi a più elementi, deposizione di strati di livello atomico)
  • Camera pulita (formatura ad iniezione, stampaggio a rilievo a caldo, macchina per elettro scarica, litografia standard a UV e Laser, deposizione di film sottile, forno di ossidazione, forno di tempra rapida, incisione ionica reattiva, profilometro).

Collaborazioni Esterne e Progetti

Piattaforma Tecnologica per l’Industria – Progetto Regionale “Smart3D”, sviluppo di materiali conduttivi elettronicamente per l’additive manufacturing di dispositivi elettronici. Durata: 36 mesi

MUES – Italia/USA progetto bilaterale per lo sviluppo di nuove tecnologie per applicazioni MFC in AUV. Durata: 24 mesi.

Jet Propulsion Laboratory (JPL) - NASA & California Institute of Technology, Mobilità e Sezione di Sistemi Robotici. Collaborazione per il progetto bilaterale IIT-JPL “THALES, Avvento dei Sistemi Liquidi ingegnerizzati”.

Pubblicazioni

  1. M. Laurenti, G. Canavese, A. Sacco, M. Fontana, K. Bejtka, M. Castellino, C.F. Pirri, V. Cauda Nanobranched ZnO Structure: p-Type Doping Induces Piezoelectric Voltage Generation and Ferroelectric–Photovoltaic Effect,DOI: 10.1002/adma.201501594
  2. A. Chiolerio, S. Bocchini, S. PorroInkjet printed negative supercapacitors: synthesis of polyaniline-based inks, doping agent effect and advanced electronic devices applications, DOI: 10.1002/adfm.201303371
  3. E. Fantino, A. Chiappone, I. Roppolo, D. Manfredi, R. Bongiovanni, C.F. Pirri, and F. Calignano 3D Printing of Conductive Complex Structures with In Situ Generation of Silver Nanoparticles DOI: 10.1002/adma.201505109
  4. J. A. Muñoz-Tabares, K. Bejtka, A. Lamberti, N. Garino, S. Bianco, M. Quaglio, C. F. Pirri, A. Chiodoni Nanostructural evolution of one-dimensional BaTiO3 structures by hydrothermal conversion of vertically aligned TiO2 nanotubes DOI: 10.1039/C5NR07283B
  5.  N. Garino, A. Sacco, M. Castellino, J.A. Muñoz-Tabares, A. Chiodoni, V. Agostino, V. Margaria, M. Gerosa, G. Massaglia, M. Quaglio Microwave-Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide/SnO2 Nanocomposite for Oxygen Reduction Reaction in Microbial Fuel Cells DOI: 10.1021/acsami.5b11198

L’obbiettivo principale della Divisione Additive Manufacturing (AM) è lo sviluppo di nuovi materiali per fabbricare sistemi funzionali leggeri, progettati in modo bio ispirato bio-ispirata, complessi nella loro struttura, forma, dimensione, gerarchia e superfice. Una iniziativa comune è condotta in questo campo con il Politecnico di Torino.

L’intero gruppo conduce ricerca in tutti gli aspetti che riguardano i processi legati alle tecnologie Additive, come:

  • Sviluppo dei materiali strutturali avanzati (leghe di peso leggero e composti, leghe di titanio e relativi compositi, leghe per alte temperature) per fusione selettiva al laser.
  • Caratterizzazione a livello della nano-scala
  • Modificazione e funzionalizzazione della superfice dei manufatti
  • Potenziare le capacità del disegno per produrre forme complesse di peso leggero, parti di non assemblaggio e strutture bio-ispirate (bruciatori porosi, scambiatori di calore, strutture percolative, ecc.)
  • Miglioramento di tecnologie additive/tecnologie di stampa 3D
  • Direct Metal Laser Sintering (DMLS - EOSINT M270 Dual Mode), sistemi di sabbiatura (SD9 Northblast)
  • Laboratorio HT con forno per trattamento a caldo (fino a 1200°C in alto vuoto o atmosfera inerte)
  • Laboratorio REM - Gom’s Atos Compact Scan 2M (scanner 3D), RPT 80 Roughness tester

Collaborazioni Esterne e Progetti

STAMP, “Sviluppo Tecnologico dell’Additive Manufacturing in Piemonte(2016-2019) – Regional Project, Fabbrica Intelligente

HELMETH, “Integrated High-Temperature Electrolysis and Methanation for Effective Power to Gas Conversion” (2014-2016) - European Project FP7

CONTR. ASE “Ottimizzazione e realizzazione di un componente strutturale di uno starter generator grazie ai benefici derivanti dall’utilizzo di tecnologie additive” (2015-2016)

CONTR. ASI “Portable On board Printer 3D” (2014-2016)

CONTR. FBK “Realizzazione di particolari meccanici mediante tecnologia additiva Direct Metal Laser Sintering (DMLS)” (2015)

CONTR. ASTRA “Design e fabbricazione di uno scambiatore di calore mediante tecnologia additiva Direct Metal Laser Sintering (DMLS)” (2014)

Pubblicazioni

  1. F. Calignano, M. Lorusso, J. Pakkanen, F. Trevisan, E. P. Ambrosio, D. Manfredi, P. Fino, Investigation of accuracy and dimensional limits of part produced in aluminum alloy by selective laser melting, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology 2016, DOI: 10.1007/s00170-016-8788-9
  2. M. Cabrini, S. Lorenzi, T. Pastore, S. Pellegrini, E.P. Ambrosio, F. Calignano, D. Manfredi, M. Pavese, P. Fino, Effect of heat treatment on corrosion resistance of DMLS AlSi10Mg alloy, Electrochimica Acta 2016, DOI: 10.1016/j.electacta.2016.04.157
  3. F. Calignano, T. Tommasi, D. Manfredi, A. Chiolerio, Additive Manufacturing of a Microbial Fuel Cell—A detailed study, Scientific Reports 2015, DOI: 10.1038/srep17373
  4. D. Manfredi, F. Calignano, M. Krishnan, R. Canali, E.P. Ambrosio, E. Atzeni, From Powders to Dense Metal Parts: Characterization of a Commercial AlSiMg Alloy Processed through Direct Metal Laser Sintering, Materials, 2013, DOI: 10.3390/ma6030856
  5. F. Calignano, D. Manfredi, E. P. Ambrosio, L. Iuliano, P. Fino, Influence of process parameters on surface roughness of aluminum parts produced by DMLS, Int J Adv Manuf Technol 2013, DOI: 10.1007/s00170-012-4688-9

L’obbiettivo principale della divisione Reattori e Processi è lo sviluppo di una nuova classe di reattori e dispositivi per la valorizzazione di sorgenti rinnovabili (rifiuti organici, energia solare, elettricità rinnovabile, riscaldamento da fonti rinnovabili). Questo abbraccia una vasta gamma di reattori:

  • Celle a combustibile microbiche per il monitoraggio ambientale e la bonifica delle acque del sottosuolo
  • Reattori elettrochimici e bio-elettrochimici
  • Reattori (foto)-biologici
  • Reattori enzimatici strutturati
  • Reattori foto-elettro-chimici per la sintesi di combustibili solari
  • Produzione di H2, e relativi sistemi di accumulo e utilizzo, incluse foglie artificiali
  • Moduli per lo stoccaggio di calore a lungo termine

Laboratori RP

  • Strutture per la sintesi di nano materiali: reattori Parr, reattori a microonde,
  • Caratterizzazione elettrochimica: RRDE, Arbin BT-2000 test station, Potenziostato and galvanostato, test al banco per caratterizzazione delle celle a combustibile microbiche
  • Biologia: incubatori per crescita batteri, cappe biologiche e chimiche

Collaborazioni Esterne e Progetti

"Microbial Fuel Cells as Underwater Power Enablers for Sensors _ MUES", project in collaboration with the SPAWAR (Space and Naval Warfare Systems Command) of the USA Navy.

"New Catalytic Materials for Innovative Cathodes in Microbial Fuel Cells for Long-Term Energy Production in Marine Systems", ONRG NICOP grant

FP7-NMP Eco2CO2 "Eco-friendly biorefinery fine chemicals from CO2 photocatalytic reduction" (2012-2016).

H2020-ISIB CELBICON "Cost-effective CO2 conversion into chemicals via combination of Capture, ELectrochemical and BIochemical CONversion technologies" (2016-2019)

H2020-LCE STORE&GO "Innovative large-scale energy STOragE technologies AND Power-to-Gas concepts after Optimisation" (2016-2019)

Pubblicazioni

  1. N. Garino, A. Sacco, M. Castellino, J.A. Muñoz-Tabares, A. Chiodoni, V. Agostino, V. Margaria, M. Gerosa, G. Massaglia, M. Quaglio, Microwave-Assisted Synthesis of Reduced Graphene Oxide/SnO2 Nanocomposite for Oxygen Reduction Reaction in Microbial Fuel Cell, ACS Applied Materials & Interfaces, 2016, DOI: 10.1021/acsami.5b11198
  2. L. Delmondo, G.P. Salvador, J.A. Muñoz-Tabares, A. Sacco, N. Garino, M. Castellino, M. Gerosa, G. Massaglia, A. Chiodoni, M. Quaglio, Nanostructured MnxOy for oxygen reduction reaction (ORR) catalysts, Applied Surface Science, 2016, DOI: 10.1016/j.apsusc.2016.03.224
  3. S. Hernandez,   D. Hidalgo,   A. Sacco,   A. Chiodoni,   A. Lamberti,   V. Cauda,   E. Tresso,   G. Saracco , Comparison of photocatalytic and transport properties of TiO2 and ZnO nanostructures for solar-driven water splitting, Physical Chemistry Chemical Physics, 2015, DOI: 10.1039/C4CP05857G
  4. A. Vitale, M. Quaglio, A. Chiodoni, K. Bejtka, M. Cocuzza, C.F. Pirri, R. Bongiovanni, Oxygen-Inhibition Lithography for the Fabrication of Multipolymeric Structures, Advanced Materials, 2015, DOI: 10.1002/adma.201501737
  5. S. Hernandez, S. Bensaid, M. Armandi, A. Sacco, A. Chiodoni, B. Bonelli, E. Garrone, C.F. Pirri, G. Saracco, A new method for studying activity and reaction kinetics of photocatalytic water splitting systems using a bubbling reactor, Chemical Engineering Journal, 2014, DOI: 10.1016/j.cej.2013.08.094

Questa nuova divisione è stata lanciata con una call internazionale in Tenure Track e mira alla produzione di microorganismi geneticamente modificati per la produzione sostenibile di composti chimici, materiali e combustibili. In particolare, la divisione sarà impegnata nel disegno e ottimizzazione dei microrganismi (cianobatteri, clostridi, ecc.) per produrre prodotti di valore da luce solare, CO2 e acqua, o dalla CO2 in miscela con H2 rinnovabile.

Una sinergia tra il Politecnico di Torino e l’Environment Park sarà rafforzata in questi campi per massimizzare i risultati. Le attività principali parte di questa divisione saranno:

  • L’ approccio della Biologia di Sintesi per la realizzazione di prodotti con alto valore aggiunto dagli scarti, supportato da strumenti di Biologia dei Sistemi per l’ottimizzazione dei processi di produttivi.
  • Ottimizzazione degli enzimi e ingegneria genetica.
  • Ingegneria metabolica
  • Fotosintesi naturale (in cooperazione con il laboratorio Bio-solare del PoliTo)
  • Laboratori SSB
  • Laboratori Bio-solar (Politecnico di Torino)
  • Laboratorio Bioenergia
  • Laboratorio di Chimica Verde (Environment Park)

Collaborazioni Esterne e Progetti

  • Imperial College London Prof. J. Barber)
  • University of Padoa (Prof. T. Morossinotto)
  • Queen Mary University of London (Dr. J. Nield)
  • University of Amsterdam (Prof. K. Hellingwerf)
  • University of Nottingham (Prof. N. Minton)

Pubblicazioni

  1. Albanese, P., Nield, J., Tabares, J.A.M., Chiodoni, A., Manfredi, M., Gosetti, F., Marengo, E, Saracco, G., Barber, J., Pagliano, C., Isolation of novel PSII-LHCII megacomplexes from pea plants characterized by a combination of proteomics and electron microscopy, Photosynthesis Research, 2016, in press, DOI: 10.1007/s11120-016-0216-3
  2. Pagliano, C., Nield, J., Marsano, F. Pape, T., Barera, S., Saracco, G., Barber, J., Proteomic characterization and three-dimensional electron microscopy study of PSII-LHCII supercomplexes from higher plants, Biochimica et Biophysica Acta – Bioenergetics, Vol. 1837, Issue 9, 2014, 1454-1462; DOI: 10.1016/j.bbabio.2013.11.004
  3. Pagliano, C., Saracco, G., Barber, J., Structural, functional and auxiliary proteins of photosystem II, 2013,Photosynthesis Research  116 (2-3), pp. 167-188, DOI: 10.1007/s11120-013-9803-8
  4. Barera, S., Pagliano, C., Pape, T., Saracco, G., Barber, J., Characterization of PSII-LHCII supercomplexes isolated from pea thylakoid membrane by one-step treatment with α- and β-dodecyl-D-maltoside, 2012, Philosophical Transactions of the Royal Society B: Biological Sciences, 367 (1608), pp. 3389-3399, DOI: 10.1098/rstb.2012.0056