WILMA- Web-applicatIon for Landfill Monitoring and Analysis

Risultato della ricerca:

Il progetto WILMA- Web-applicatIon for Landfill Monitoring and Analysis mira allo sviluppo di una Web-application specifica per il monitoraggio e l’analisi di discariche controllate.
Il progetto proposto ha come obiettivo di sviluppare un sistema in grado di integrare diverse tipologie di dati al fine di studiare alcuni aspetti delle discariche. Tale sistema sarà sviluppato a seguito della strutturazione di un processo analitico multi-scala e multi-sensore basato principalmente su tecnologie satellitari e relative ai Sistemi Aeromobili a Pilotaggio Remoto.
Una volta ottimizzato il work-flow, questo verrà implementato all’interno di una web-app sviluppata in ambiente open-source.
Gli obiettivi generali del progetto possono essere così riassunti:
– definire una procedura per la caratterizzazione geo-ambientale dei siti adibiti a discarica
che possa essere di supporto ai gestori di tali strutture;
– realizzazione di un sistema smart accessibile da remoto in grado di essere utilizzato sia come strumento analitico per l’elaborazione dei dati, sia come strumento di visualizzazione dei risultati ottenuti.
Costituiscono i principali risultati del Progetto:
– Ottimizzazione della procedura analitica derivata in modo tale da ottimizzare la gestione delle discariche e poter essere replicata in altri siti;
– Creazione di un sistema che permetta di rendere fluida l’interconnessione tra le diverse analisi e i tematismi prodotti.
– Trasferimento tecnologico alle aziende partner al fine di avere un pacchetto applicativo smart fruibile sul mercato.
Lo stadio di sviluppo è corrispondente al TRL-5: Technology validated in relevant environment. In particolare, si fa riferimento allo sviluppo della procedura già efficientata nel progetto NO-GAS nell’ambito dell’applicazione del sistema analitico in un ambito reale di discarica. Tale progetto ha premesso di creare un approccio di tipo downscaling per l’individuazione di Environmental Point of Interest (EPI) in discarica in grado di identificare possibili punti di criticità derivanti, ad esempio, da emissione di biogas o di percolato. Inoltre, nell’ambito del progetto AMPA sono state realizzate diverse web-app in grado di gestire dati satellitari, SAPR e di campo. Tali esperienze espresse in termini di capacità di strutturazione di tali sistemi verrà calata nell’esperienza derivante dal progetto NO-GAS anche grazie all’ausilio delle tecnologie derivanti dai SAPR.
Il progetto ricade all’interno dell’area di innovazione “Ambiente e rischi naturali”, mentre le traiettorie tecnologiche sono relative a “Tecniche, prodotti e dispositivi per l’analisi e valutazione del rischio idrogeologico e degli altri rischi ambientali” e “Sistemi di allerta precoce e gestione dell’emergenza legata ai rischi ambientali”. In Calabria, lo smaltimento in discarica mostra un calo del 24.9% di rifiuti urbani il quale appare correlato all’incremento della raccolta differenziata che passa dal 25% del 2015 al 47.9% del 2019. Il numero di discariche attive per rifiuti non pericolosi mostra un netto e progressivo calo passando da 16 unità nel 2007 a 5 unità nel 2019 (ISPRA-Rapporto Rifiuti Urbani, 2020). Ciò evidenzia una esigenza sempre maggiore nella gestione di impianti chiusi nell’adoperare tecniche di monitoraggio efficaci ma al contempo economicamente sostenibili. In riferimento alle intersezioni con altre aree, il progetto intende promuovere Lo sviluppo di soluzioni smart per il monitoraggio di strutture complesse attraverso la gestione e integrazione intelligente di grandi quantità di dati.

Riferimento a finanziamenti precedenti:

Lo sviluppo dell’idea progettuale si basa sulle competenze ed i risultati ottenuti attraverso lo sviluppo di due Progetti finanziati nell’ambito dei POR CALABRIA che vengono di seguito descritti:
1) PROGETTO NO-GAS – Valutazione su scala regionale delle emissioni di gas serra da discariche. POR Calabria FESR 2007/2013, ASSE I Avviso Pubblico Agenda Strategica Poli di Innovazione, Periodo: 2014-2015
2) PROGETTO AMPA – Analisi Multi Parametrica per l’ambiente e l’Agricoltura. POR CALABRIA FESR-FSE 2014-2020 ASSE I – PROMOZIONE DELLA RICERCA E DELL’INNOVAZIONE – Obiettivo specifico 1.2 — Azione 1.2.2 — “Supporto alla realizzazione di progetti complessi di attività di ricerca e sviluppo su poche aree tematiche di rilievo e all’applicazione di soluzioni tecnologiche funzionali alla realizzazione delle strategie di S3”.
L’ambito tematico è quello relativo al progetto NO-GAS, al quale si aggiunge l’implementazione di un sistema analitico dedicato in analogia a quelli sviluppati nell’ambito del Progetto AMPA.

Innovatività rispetto a soluzioni già esistenti:

Al giorno d’oggi, il monitoraggio delle discariche avviene prevalentemente mediante l’utilizzo di metodiche classiche, dispendiose sia in termini economici che di tempo. L’applicazione di sistemi del telerilevamento ad alta risoluzione è ampiamente diffusa e generalmente utilizzata per raccogliere informazioni territoriali. Proprio per questo tale tecnica, se utilizzata integrando l’utilizzo di diversi sensori, può essere utilizzata a supporto di campagne di monitoraggio. La prospettiva sinottica delle immagini remote può essere infatti utile per la gestione di piani di ampliamento, per l’efficientamento del sistema discarica ma anche per valutare eventuali criticità. In ambito scientifico è ormai affermato il sempre più marcato utilizzo di sensori posizionati su SAPR in diversi contesti ambientali, tra cui le discariche. In tale settore, generalmente, l’applicazione di tali tecnologie è disgiunto ed è volto allo studio di singoli aspetti. Dall’altro lato, l’utilizzo di applicativi open source, ha visto negli ultimi anni un sempre maggiore interesse nella comunità scientifica e rappresenta, ad oggi, una importante possibilità di sviluppo tecnologico sia per il comparto scientifico che per quello aziendale. Pertanto, il presente progetto risulta essere innovativo sia dal punto di vista del “concept” ma anche delle tecnologie impiegate.
Di seguito si riportano alcuni riferimenti bibliografici che attestano il crescente interesse nell’utilizzo di SAPR e satelliti nell’ambito del progetto:
– Cusworth et al. (2020). Using remote sensing to detect, validate, and quantify methane emissions from California solid waste operations. Environmental Research Letters,15(5).
– Lian et al. (2021). Time-series unmanned aerial vehicle photogrammetry monitoring method without ground control points to measure mining subsidence. Journal of Applied Remote Sensing,15(2).

Titoli di proprietà intellettuale:

I risultati che saranno ottenuti attraverso lo sviluppo delle attività di progetto rientreranno in un accordo di collaborazione tra il CNR-IIA e le specifiche aziende di settore che saranno coinvolte. L’accordo avrà la finalità di regolamentare il tema della “proprietà” e dell’utilizzo e diffusione dei risultati del progetto di ricerca e sviluppo seguendo cioè le disposizioni previste dal Codice della proprietà industriale (D.lgs 10.02.2005 n. 30) in materia di titolarità dei diritti brevettuali da parte di ricercatori pubblici e delle imprese che partecipano alle attività comuni e da eventuali condizioni poste da altri soggetti finanziatori del progetto. In particolare, ognuno dei soggetti interessati rimane titolare dei diritti di proprietà intellettuale su quanto in precedenza da ciascuno di essi realizzato individualmente mentre i risultati raggiunti congiuntamente saranno di proprietà congiunta dei soggetti interessati.

Principali applicazioni e mercato di riferimento:

L’emissione di biogas da discarica, a causa della notevole quantità di metano in esso contenuto, è un problema di crescente interesse mondiale soprattutto per i temi legati al suo sfruttamento per produzione di energia elettrica e per il contributo all’incremento dei gas serra. Infatti, il metano oltre ad avere un potenziale di riscaldamento globale (Global Warming Potential, GWP) 23 volte superiore a quello della CO2 consente la produzione di 4700Kwh di energia elettrica e di circa 5400 kWh di energia termica per ogni tonnellata bruciata. Allo stato attuale le discariche sono tra le maggiori sorgenti antropogeniche di metano in atmosfera e alcune stime attribuiscono ai rifiuti una quota tra il 2% e il 10 % delle emissioni ad effetto serra nella Unione Europea. Tra le diverse applicazioni che possono derivare dal progetto WILMA possiamo trovare:
– Ottimizzare il riconoscimento di criticità in aree adibite a discarica e ottimizzazione del sistema discarica
– Monitoraggio delle variazioni superficiali
– Realizzazione di un applicativo per il monitoraggio ed analisi delle discariche
Da un punto di vista pratico, l’utilizzo di sensori montati su piattaforme SAPR consentirebbe di approcciare tale problematica in maniera tecnologicamente avanzata rispetto alle attuali metodologie classiche di indagine adoperate in tale ambito. L’adozione e l’integrazione di tecniche multidisciplinari determineranno inoltre un’innovazione metodologica.
Globalmente il mercato relativo al monitoraggio ambientale rivela una crescita del 7.5% tra il 2015 e il 2020. Tale mercato è segmentato in quattro aree distinte di monitoraggio (intermittente, continuo, passivo e attivo) affrontabili attraverso tre tipologie di dispositivi (applicate all’interno del progetto), tra cui monitor ambientali (fissi e portatili), sensori e software ambientali. Di particolare rilievo per gli obiettivi di progetto ricade il mercato dei droni UAV con valore di circa 5.5 Miliardi di $ nel 2020 (CAGR del 32.22% nel 2015-2020). Il progetto si colloca nell’ambito dell’Environmental Industry comprendente tutto il comparto economico in grado di acquisire ricavi dalla tutela dell’ambiente, controllo dell’inquinamento, gestione dei rifiuti e bonifica dei siti contaminati. In questo quadro di riferimento si inserisce anche l’industria dei sistemi e servizi di informazione ambientale attraverso la diffusione di strumenti in grado di acquisire dati ambientali in real time ed in particolare dell’evoluzione di software cloud-based al fine di migliorare la gestione e visualizzazione di dati ambientali. Il settore di sviluppo software e di applicazioni è in netta crescita ed è dedicato soprattutto alla gestione delle risorse e all’integrazione dei dati (fatturato di 1,75 Miliardi di $ nel 2015 negli USA).
Infine, il progetto si proietta anche nell’ambito delle clean technologies attraverso l’ottimizzazione dell’utilizzo delle risorse, riducendo costi e inquinamento. Tale mercato si stima che avrà una crescita (CAGR maggiore del 13% nei prossimi 10 anni), raggiungendo il valore di 500 miliardi di $ nel 2019. In questo contesto si individua il mercato globale delle tecnologie per la bonifica dei siti contaminati che dovrebbe raggiungere il valore di 80.5 Miliardi di $ nel 2019, (CAGR del 5.5% per il periodo 2014-2019), nonché i mercati relativi ad attrezzature per il controllo dell’inquinamento atmosferico e lo sviluppo dei dispositivi per il controllo delle emissioni.

Esigenze per l’ulteriore sviluppo – Industrializzazione:

Lo sviluppo di un processo analitico di tipo Top-downscaling nell’ambito del progetto NO-GAS ha permesso di gettare le basi per l’implementazione successiva. In tale ambito non vi era la possibilità di integrare dati di telerilevamento attivo e soprattutto di effettuare rilievi mediante SAPR con sensori diversi. Inoltre, lo svolgimento del progetto AMPA ha permesso di maturare delle conoscenze aggiuntive nell’ambito della programmazione in ambienti open source al fine di realizzare dei sistemi di analisi e condivisione dati.
La sinergia tra la possibilità di ottenere i dati e le tecnologie citate, anche grazie al supporto di partner industriali, e l’evoluzione tecnologica di tipo software, permetterà di valorizzare quanto fino a dora è stato realizzato con un miglioramento sensibile del prodotto finale che sarà ad alto contenuto tecnologico. Il progetto permetterà quindi di sviluppare un applicativo dedicato che potrà essere adattabile anche in altri siti di indagine.
In riferimento al TRL-5 definito dai risultati della ricerca proposta, le esigenze di sviluppo sono legate al passaggio allo stadio TRL-7: System prototype demonstration in operational environment. In tale ambito, pertanto, è necessario che il modello analitico e il prototipo di applicativo vengano testati in un contesto significativo reale (discarica test). Questo step rappresenta un passo fondamentale per la dimostrazione della maturità tecnologica della soluzione progettuale che si intende sviluppare.
Le esigenze per il completamento e l’applicazione del progetto sono pertanto relative all’individuazione di:
– uno o due siti test (discarica aperta e/o chiusa);
– un partner di progetto relativo alle attività SAPR con possibilità di ospitare diversi sensori.
Individuata quindi l’area test di studio si procederà alla strutturazione del modello concettuale dell’applicativo passando per la strutturazione fisica della metodologia di indagine derivante dal progetto WILMA.