Le Tecnologie per la biocompatibilità Un metodo per un corretto progetto ecocompatibile

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1 Corso di Laur ea in Disegno Industriale della Facoltà di Architettura della Seconda Università degli Studi di Napoli SUN LABORATORIO INTERDISCIPLINARE DI TECNOLOGIA E CONFIGURAZIONE DELLA MATERIA ICAR 13 Design della materia Prof. Carla Langella ICAR 12 Tecnologie per la biocompatibilit à Prof. Marco Borrelli ING-IND 22 Le qualità della materia Le Tecnologie per la biocompatibilità Un metodo per un corretto progetto ecocompatibile Prof. Arch. Marco Borrelli Ricercatore Universitario SUN_ Facoltà di Architettura

2 LE DECLARATORIE ICAR/13 - DISEGNO INDUSTRIALE I contenuti scientifico-disciplinari riguardano teorie e metodi, tecniche e strumenti del progetto del prodotto industriale - materiale o virtuale - nei suoi caratteri produttivi, tecnologico-costruttivi, funzionali, formali e d uso e nelle relazioni che esso instaura con il contesto spaziale ed ambientale e con quello dell industria e del mercato. La natura di tale prodotto (dai beni d uso e strumentali ai beni di consumo e durevoli, agli artefatti comunicativi, relazionali, interattivi, alle strutture relazionali e di servizio) e la sua complessit à (dai materiali e semilavorati ai beni intermedi, ai componenti, ai prodotti finali, fino ai sistemi integrati di prodotto, comunicazione, servizio) declinano altrettanti metodi e tecniche della progettazione come prassi interdisciplinare, che, interagendo con i diversi settori merceologici e produttivi, determinano ambiti di ricerca specifici in continua evoluzione. ING-IND/22 - SCIENZA E TECNOLOGIA DEI MATERIALI Il settore racchiude la globalità degli aspetti culturali e professionali relativi alla scienza ed alla tecnologia dei materiali. Più specificamente, sono in esso incluse le competenze connesse con struttura e proprietà, progettazione, processi di produzione e trasformazione, impiego, analisi, caratterizzazione e controllo di qualità, corrosione e degrado, conservazione, ripristino e riciclo di materiali e loro assemblaggi o combinazioni, aventi interesse ingegneristico, industriale e biomedico. È, inoltre, patrimonio del settore il complesso delle conoscenze relative ai materiali per la conversione, l accumulo e la conservazione dell energia ed alle tecnologie per la tutela dell ambiente.

3 LE DECLARATORIE ICAR/12 - TECNOLOGIA DELL ARCHITETTURA E DELL AMBIENTE I contenuti scientifico-disciplinari riguardano le teorie, gli strumenti ed i metodi rivolti ad un architettura sperimentale alle diverse scale, fondata sull evoluzione degli usi insediativi, della concezione costruttiva e ambientale, nonchè delle tecniche di trasformazione e manutenzione dell ambiente costruito. Comprendono la storia e la cultura tecnologica della progettazione; lo studio dei materiali naturali e artificiali; la progettazione ambientale, degli elementi e dei sistemi; le tecnologie di progetto, di costruzione, di trasformazione e di manutenzione; l innovazione di processo e l organizzazione del prodotto industriale sia per l edilizia che per l eco-design; le dinamiche esigenziali, gli aspetti prestazionali ed i controlli di qualit à.

4 Obiettivo del corso: Il corso di design della materia, approfondisce il tema dei materiali nell attuale scenario del prodotto industriale, e propone una nuova corretta politica di progettazione ecocompatibile in linea con le attuali normative vigenti in materia di politiche ambientali dell Unione Europea. Il modulo integrativo: Il modulo integrativo di tecnologie per la biocompatibilità, affronta nel ottica di una interdisciplinarità dei diversi saperi, il tema di un corretto uso ed approccio metodologico per la progettazione ecorientata, al fine di integrare il momento di sintesi tra la teoresi e la prassi mediante la definizione di una metodologia. Obiettivo del contributo del modulo integrativo è quello di approfondire la metodologia di progettazione di oggetti e sistemi eco-efficienti, il cui ciclo di vita sia compatibile con il contesto ambientale, sociale e produttivo. Il contributo della tecnologia dei materiali e dei sistemi di produzione e costruzione dei prodotti, si basa principalmente sulla comprensione dei principi tecnologici della produzione industriale, espressa attraverso la conoscenza dei materiali naturali, della loro lavorazione e produzione e delle tecnologie applicative. life Cycle Assessment o ciclo di vita del prodotto ( LCA) costituisce il principio basilare con cui si parte per la comprensione di una progettazione complessa, sistemica dei processi produttivi e dei prodotti seguendo passo passo la vita della materia dall estrazione alle attività di trasformazione e di trasporto e dopo l uso sotto forma di bene economico ritorna alla terra sotto forma di rifiuto. Si tratta di individuare la storia di un prodotto e/o di un processo dalla culla alla tomba

5 L articolazione didattica del corso: le lezioni frontali partecipazione conferenze convegni e seminari partecipazione a visite guidate L articolazione didattica del corso prevede l approfondimento del tema del progetto di design o di ecodesign in linea con le attuali politiche di sostenibilità ambientale attraverso lezioni teoriche frontali che sviluppano temi secondo il seguente ordine : 1) Brevi cenni generali e definizioni (glossario) 2) Analisi del rapporto fra forma struttura e funzione in relazione ai nuovi materiali 3) Il ciclo di vita del prodotto ( LCA) Si proporrà agli studenti la partecipazione a conferenze e convegni nonché a seminari che possono influire ai fini della integrazione del percorso di conoscenza e di approfondimento scientifico nei diversi settori disciplinari convergenti al tema del corso di design della materia; tale partecipazione servirà ad acquisire i crediti formativi necessari al conseguimento della prova finale.

6 Definizioni Unità ambientale assemblaggio disassemblaggio Ecodesign ecolabel europeo etichettatura ecologica High tech marchi ambientali norme iso norme uni processo produttivo product design product oriented product test prototipazione qualità ambientale raccolta differenziata semilavorato sistema (operativo, di prodotto, di design) standard e standardizzazione sistema industriale Input output Sostenibilità ambientale Sostenibilità forte Sostenibilità debole Sviluppo sostenibile Riciclaggio forma materia-le struttura progettazione ambientale consapevole prodotto industriale sufficiente efficiente efficace sistema ed ecosistema ecocompatibile ecologia biocompatibile biologia bionica

7 Gli attuali scenari per la progettazione di oggetti di design Concetti guida per alcune definizioni riconducibili alla progettazione ecosostenibile La biotecnologia è una scienza che studia in particolare gli incrementi e/o le accellerazioni dei fenomeni naturali di depolimerizzazione dei materiali plastici, in modo tale che, trascorso il loro ciclo di vita quest ultimi tornino nell ambiente naturale sotto forma di anidride carbonica e acqua. La bionica è una scienza che impiega una strategia di simulazione della natura allo scopo di produrre innovazione tecnologica, la bionica si occupa non tanto della forma delle parti e della foggia delle cose, quanto piuttosto di studiare come la natura faccia accadere le cose, di comprendere le interrelazioni delle parti, l esistenza dei sistemi. La bionica è una scienza che studia l impiego di prototipi biologici per la produzione di sistemi sintetici creati dall uomo. La bionica come strumento al servizio del design contemporaneo in quanto pone a fondamento del progetto di design tre esigenze: integrazioni delle soluzioni funzionali e formali, dinamismo nell aderire alle esigenze di progetto, flessibilità nella proposta di soluzioni. Attraverso lo studio del mondo naturale è possibile attingere a modelli, a criteri ed a soluzioni da riproporre nel design dei prodotti d uso. La sostenibilità implica che gli ecosistemi del mondo si preservino più a lungo possibile in modo da permettere la sopravvivenza dell uomo sulla terra. Commissione Brundtland 87/88, Rio de Janeiro 92 etc etc Lo sviluppo è una fase di un ciclo del comportamento di un sistema dinamico, in cui sono presenti anche scarti. Criticità: attualmente il ciclo include una fase di rilascio distruttivo creando uno sviluppo insostenibile. La posizione del progettista ambientalista deve prendere per lo sviluppo di una nuova applicazione al fine di evitare il consumo delle risorse non rinnovabili delle materie prime e delle risorse, smepre nell ottica di un sviluppo sostenibile: TECNOCENTRICA / ECOCENTRICA. POSIZIONE TECNOCENTRICA del progettista implica una sostenibilità molto debole e/o una sostenibilità debole POSIZIONE ECOCENTRICA del progettista implica una sostenibilità forte e/o una sostenibilità molto forte

8 da Antonio Apicella Sviluppo sostenibile: l uso corretto dei materiali in Progetto Abitare Verde. Ricerche, progetti e tecniche per l ecocompatibilità ambientale a cura di Antonio Passaro Edizioni Giannini Napoli

9 Analisi del rapporto fra forma struttura e materia-le Il designer, nella fase del fare creativo, deve tener conto che attinge al patrimonio delle risorse prese in prestito dall ecosistema e pertanto razionalizzandone l uso e prevedendone un corretto riciclo deve poter restituire le stesse alle generazioni future. Criteri guida per la scelta nella fase di progettazione tra ricerca della forma e ottimizzazione dell uso dei materiali. 1) Estendere la vita del prodotto (riutilizzabilità e minore obsolescenza delle soluzioni adottate) 2) Estendere la vita del materiale (scegliendo opportunamente i materiali per l uso a cui è indirizzato) 3) Scelta dei materiali a minor impatto ambientale 4) Ricerca della forma che riduce al minimo la quantità di materiale utilizzato 5) Scelta di soluzioni tecniche e strutturali capaci di di utilizzare i singoli componenti, i sistemi costruttivi La FUNZIONALITA di un oggetto viene raggiunta attraverso il giusto equilibrio di forma, struttura e materiale: FORMA: aspetto esteriore conferito ad un oggetto, configurazione generale di un oggetto definita attraverso l espressione delle dimensioni e disposizioni delle parti componenti l oggetto. (Esempio di uso improprio dalla forma: Forzatura dei profili di un oggetto che per adeguarsi all uso del materiale o di una struttura non seguono andamenti ottimizzati). Esercizio di sola forma è lo styling legate solo esclusivamente a considerazioni estetiche e d immagine. STRUTTURA: complesso di elementi interdipendenti che costituiscono un organismo. (Esempio di uso improprio della struttura è l inserimento di elementi strutturali a correzione di deficienze del materiale o della forma. Soluzioni iperstrutturali sono quelle configurazioni che abbondano di struttura al fine di apparire come un linguaggio espressivo) MATERIA-LE: entità dotata di propria consistenza fisica, dotata di peso proprio e di inerzia. (Esempio di uso improprio della materia è un suo ecceso d uso per correggere ad errori di struttura e forma)

10 Analisi del rapporto fra forma struttura e materia-le Esempio di un progetto naturale che sinteticamente racchiude il giusto equilibrio tra i tre elementi costituenti il prodotto (forma struttura e materia-le) anche in riferimento alla razionalizzazione nell uso del materiale in termini di minimizzazione dell impiego delle risorse è l albero. Figura che rappresenta la razionalizzazione dell uso delle risorse e dei materiali in un progetto naturale tratto da Antonio Apicella Sviluppo sostenibile: l uso corretto dei materiali in Progetto Abitare Verde. Ricerche, progetti e tecniche per l ecocompatibilità ambientale a cura di Antonio Passaro Edizioni Giannini Napoli 2000.

11 Il rapporto tra cultura industriale e cultura del progetto: gli attori del processo Architettura Agire locale pensando globale Disegno Industriale Agire sul piccolo pensando al globale Nuovi scenari di cooperazione: l imprenditore agisce in base a criteri di ottimizzazione produttiva legati al suo particolare punto di vista, il progettista non può muoversi solo secondo tali criteri, e deve agire guardando il problema da altre angolature pertanto da questa dialettica può avere origine una qualità di ordine superiore a ciò che ciascuna delle due culture individualmente avrebbe potuto produrre * Ezio Manzini, in Artefatti Da una logica estensiva (maggiore quantità) bisogna passare ad una logica intensiva (maggiore qualità)

12 Un nuovo approccio progettuale nella direzione di nuovi stili di vita La cultura del progetto è dunque da sempre il frutto di un attività di ricerca. Tale particolare ricerca parte da un assunto fondamentale in cui il progettista sulla base di una partenza scientifica avanza ipotesi, sperimenta soluzioni, verifica i risultati. La «cultura del progetto» è una forma di interpretazione della società che esprime il punto di vista del «consumatore» all interno del processo di concezione e realizzazione dei prodotti * di Ezio M anzini in Artefatti Il progettista e il produttore ed il distributore diventano propugnatori di nuove filosofie e nuovi stili di vita riprogettando i beni e quindi i modi di vita e di consumo

13 Lo schema esemplificativo del processo del progetto ecoefficiente: lo scenario che introduce il Cycle Life Assessment o ciclo di vita del prodotto. SVILUPPO TECNOLOGICO GESTIONE _ politica e strategia ambientale _ qualità del ciclo di vita ANALISI ESIGENZE _ esigenze e finalità (legato all utente) REQUISITI AMBIENTALI _ costo _ cultura _funzioni COMBINAZIONI AMBIENTALI STRATEGIE DI PROGETTO PROGETTO _ orientamento _ preliminare _ dettaglio MIGLIORAMENTO _ produzione _ uso e servizio _ raccolta VALUTAZIONE Il produttore diventa responsabile di tutto il ciclo di vita del prodotto e in particolare del suo recupero, riciclo e smaltimento finale

14 Il ciclo di vita del prodotto: il metodo (LCA - Life cycle assessement) LCA: è costituisce un metodo di analisi per la valutazione dell eco-efficienza produttiva. Dimostra la sua grande utilità in quanto strumento qualificante per l identificazione delle strategie necessarie alle imprese per divenire ambientalmente efficienti, in termini di riduzione del consumo, di risorse,di energie e di minimizzazione degli effetti sull ambiente secondo gli standard mondiali. Il decreto Ronchi ha sicuramente costituito il primo e chiaro esempio in cui viene esplicitamente richiesto l utilizzo della metodologia LCA per l esecuzione dei piani di smaltimento dei rifiuti. ( )Adesione ad impatto 0; Riduzione dell impiego di materie prime e di energia; Materie prime rinnovabili; Recupero del 98% degli scarti di produzione( )

15 Il ciclo di vita del prodotto: processo (LCA - Life cycle assessement) LCA: è una procedura atta a valutare gli effetti ambientali associati ad un prodotto, un processo o un attività, identificando e qualificando l energia e i materiali utilizzati dei rifiuti rilasciati nell ambiente. Nell analisi del ciclo di vita del prodotto si esaminano in termini numerici le diverse fasi del ciclo dalla totalità alle singole materie prime che sommando ci restituiscono il loro impatto ambientale _ LA FINALITA E DUNQUE, VALUTARE L IMPATTO DELL USO DI ENERGIA E MATERIALI E DEL LORO RILASCIO DI EMISSIONI E RIFIUTI NELL AMBIENTE E DI INDENTIFICARE PER POI VALUTARE L OPPORTUNITA DI ATTUAZIONI DI EVENTUALI MIGLIORAMENTI. ESTRAZIONE LAVORAZIONE RICICLO SMATERIALIZZAZIONE PRODUZIONE USO RIUSO E MANUTENZIONE MARKETING PA C K A G IN G

16 Il ciclo di vita del prodotto Esistono 5 livelli possibili di valutazione: _ ORGANIZZAZIONE 1. sistemi e gestioni ambientali 2. valutazioni ambientali _ PRODOTTO 1. valutazione del ciclo di vita 2. etichettatura ambientale ( Tipologia I, II, III )_aspetti ambientali negli standard relativi ai prodotti. _ LCA La Society of Enviromental Toxicology and Chemistry (SETAC) ha definito alcune delle LCA che negli anni successivi sono diventati applicazioni.

17 ORGANIZZAZIONE _ sistemi e gestioni ambientali È interessante notare come a livello internazionale, i Regolamenti Europei e le norme ISO abbiano adottato la nuova metodologia LCA, anche per impieghi non specifici per i quali l analisi del ciclo di vita non è normalmente utilizzata in campo industriale. È pertanto è giusto dire che, tale sistema è costituito dal graduale passaggio da norme basate sul sistema del comando e controllo, caratterizzato dal fatto che le aziende sono costrette a adeguare il proprio sistema produttivo alle normative ambientali, a quello basato sull adesione volontaria all iniziative di eco-gestione, in cui le imprese si impegnano di propria iniziativa ad applicare politiche ambientali sostenibili. Questa nuova strategia è conseguenza della crescente gestione dei produttori industriali verso le problematiche ambientali, e in particolare, verso le iniziative che hanno per obiettivo i risparmi di energie e materiali, il che comporta necessariamente un nuovo modo di pensare la produzione e di progettare i beni di consumo.

18 Prodotto_Valutazione del ciclo di vita del prodotto L organizzazione originaria di una LCA, secondo lo schema composto dalla SATAC, comprende tre fasi fondamentali da attuare successivamente e ciclicamente. INVENTARIO INTERPRETAZIONE MIGLIORAMENTO Nella prima fase INVENTARIO: vengono raccolte informazioni convertite in forma standard per fornire una descrizione completa delle caratteristiche fisiche del sistema produttivo oggetto dello studio. Nella seconda fase INTERPRETAZIONE: i dati fisici dell inventario sono correlati a problemi di carattere ambientale. Terza e ultima fase MIGLIORAMENTO: il sistema produttivo è oggetto di campagne di simulazione per cercare di migliorare la sua efficienza complessiva.

19 Prodotto _ L etichettatura ambientale Nei paesi dell Unione Europea, negli ultimi anni, è cresciuta l attenzione verso l etichette e le dichiarazioni di prodotto, di natura sia obbligatoria che volontaria. Tali etichette possono avere lo scopo primario di veicolare un informazione dal produttore al consumatore (business to consumer B2C ) o anche dal produttore all intermediarioprofessionista (business to business B2B). L obbiettivo di un etichetta ecologica o di un marchio è quello di incoraggiare la domanda per la fornitura dei prodotti che causano minore impatto ambientale lungo il loro ciclo di vita. Classificazione e dichiarazione dei marchi ambientali secondo le norme ISO 14020: _ ISO 14024: marchio/dichiarazioni di tipo I premia l eccellenza ambientale Sono basati su criteri di eccellenza singoli o multipli. Tali criteri fissano dei valori di soglia da rispettare per avere il rilascio del marchio. L organismo competente può essere sia l ente pubblico l organizzazione privata: ECOLABEL, CIGNO BIANCO SCANDINAVO, L ANGELO BLU TEDESCO. _ ISO 14021: marchi/dichiarazioni di tipo II Si tratta di asserzioni ambientali basate su autodichiarazioni del fabbricante: es. l autodichiarazione della % di materiale riciclato usato. _ ISO 14025: marchi/dichiarazioni di tipo III premia la trasparenza dell informazione La dichiarazione consiste in una quantificazione dei potenziali impatti ambintali associati al ciclo di vita del prodotto. Dovranno essere valutati in conformità con le Specifiche di Prodotto

20 L Eco-label Europeo Eco-label è il marchi di qualità ecologica introdotta dalla comunità Europea, finalizzata a sviluppare una nuova strategia comunitaria in materia di ambiente e individuare le azioni da interpretare per uno sviluppo sostenibile. L intenzione dell eco-label è quella di incoraggiare le aziende a processi produttivi sostenibili e di offrire ai consumatori la possibilità di fare scelte consapevoli. I prodotti segnati dallo stesso sono beni che superano rigidi criteri di selezione. Gli stessi criteri vengono sviluppati per multicriteri seguendo un approccio dalla culla alla tomba finalizzato a rilevare gli impatti significativi dei prodotti, dalle estrazioni delle materie prime fino al loro smaltimento. Fonte:Alcuni tipi di prodotto per i quali sono disponibili i criteri di eco-label In: Analisi del ciclo di vita LCA, di G.L. Baldo, M. Marino, S. Rossi

21 L estensione della vita dei materiali Materiali a vita breve Pre-produzione discarica Materiali a vita breve Pre-produzione Riciclaggio Combustione compostaggio Impatti evitati Materiali (1 kg) riciclato vergine Carta sbiancata 2,27 3,27 Polietilene Bassa densità 2,81 3,3 Alluminio Da lavorare 0,195 20,7 ferro 2,26 4,66