Lo studio presentato in questa sede concerne applicazioni di saldatura LASER caratterizzate da aspetti di non-convenzionalità ed è costituito da tre filoni principali. Nel primo ambito di intervento è stata valutata la possibilità di effettuare saldature per fusione, con LASER ad emissione continua, su pannelli Aluminum Foam Sandwich e su tubi riempiti in schiuma di alluminio. Lo studio ha messo in evidenza numerose linee operative riguardanti le problematiche relative alla saldatura delle pelli esterne dei componenti ed ha dimostrato la fattibilità relativa ad un approccio di giunzione LASER integrato (saldatura seguita da un post trattamento termico) per la realizzazione della giunzione completa di particolari tubolari riempiti in schiuma con ripristino della struttura cellulare all’interfaccia di giunzione. Il secondo ambito di intervento è caratterizzato dall’applicazione di una sorgente LASER di bassissima potenza, operante in regime ad impulsi corti, nella saldatura di acciaio ad elevato contenuto di carbonio. Lo studio ha messo in evidenza come questo tipo di sorgente, solitamente applicata per lavorazioni di ablazione e marcatura, possa essere applicata anche alla saldatura di spessori sub-millimetrici. In questa fase è stato messo in evidenza il ruolo dei parametri di lavoro sulla conformazione del giunto ed è stata definita l’area di fattibilità del processo. Lo studio è stato completato investigando la possibilità di applicare un trattamento LASER dopo saldatura per addolcire le eventuali zone indurite. In merito all’ultimo ambito di intervento l’attività di studio si è focalizzata sull’utilizzo di sorgenti ad elevata densità di potenza (60 MW/cm^2) nella saldatura a profonda penetrazione di acciai da costruzione. L’attività sperimentale e di analisi dei risultati è stata condotta mediante tecniche di Design of Experiment per la valutazione del ruolo preciso di tutti i parametri di processo e numerose considerazioni relative alla formazione di cricche a caldo sono state suggerite. / This dissertation concerns LASER-based joining and welding applications characterized by non-conventional prerogatives. The work is divided into three main topics: LASER joining of hybrid cellular-structured materials, with particular attention to aluminum foam sandwiches and foam-cored tubes, short-pulse LASER micro welding of high carbon steels and high power density continuous wave LASER welding of structural steels. The first topic investigates the role of LASER in joining hybrid components characterized by an external dense skin and an internal foam core. In particular the possibility of achieving both the fusion welding of the skin and the restoration of the cellular structure at the welding interface is assessed and the main guidelines concerning an integrated LASER welding - LASER heat treatment processing cycle are suggested. The second topic deals with the application of a low-power nanosecond pulsed LASER source in welding high carbon steels. The study points out that an accurate selection of pulse-related parameters allows to achieve sound micro-joints characterized by a penetration between 20 and 200 microns. These results point out the possibility to consider the construction of integrated LASER manufacturing cells in which, with the same low-cost source and on the same workpiece positioning, welding, cutting, marking and texturing processes can be performed. The study is completed by the investigation of the possibility to carry out a LASER post welding heat treatment for annealing the eventual hardened zones occurring in the welded material. The last topic deals with high power density LASER welding of carbon steels: by exploiting a high brilliance fiber source, capable of achieving 60 MW/cm^2, high penetration weld beads were obtained. By means of Design of Experiment techniques the role of radiation power, welding speed and beam focal position is assessed and several considerations were made concerning the influence of this kind of process on hot cracks formation.

Alcune patologie dell’occhio come la retinopatia diabetica, il pucker maculare, il distacco della retina possono essere curate con un intervento di vitrectomia. I rischi associati all’intervento potrebbero essere superati ricorrendo alla vitrectomia enzimatica con plasmina in associazione o in sostituzione della vitrectomia convenzionale. Inoltre, l’uso di plasmina autologa eviterebbe problemi di rigetto. La plasmina si ottiene attivando il plasminogeno con enzimi quali l’attivatore tissutale (tPA) e l’urochinasi ( uPA ) . La purificazione del plasminogeno dal sangue avviene normalmente attraverso cromatografia di affinità con resina. Tuttavia, le membrane di affinità costituiscono un supporto ideale per questa applicazione poiché possono essere facilmente impaccate prima dell’intervento, permettendo la realizzazione di un dispositivo monouso che fornisce un processo rapido ed economico. Obiettivo di questo lavoro è la preparazione di membrane di affinità per la purificazione del plasminogeno utilizzando L-lisina come ligando di affinità. Per questo scopo sono state usate membrane in cellulosa rigenerata ad attivazione epossidica, modificate con due diversi protocolli per l’immobilizzazione di L-lisina. La densità ligando è stata misurata mediante un saggio colorimetrico che usa l’acido arancio 7 come indicatore. La resa di immobilizzazione è stata studiata in funzione del tempo di reazione e della concentrazione di L-lisina. Le membrane ottimizzate sono state caratterizzate con esperimenti dinamici usando siero bovino e umano, i risultati sono stati confrontati con quelli ottenuti in esperimenti paralleli condotti con una resina commerciale di affinità con L-lisina. Durante gli esperimenti con siero, le frazioni provenienti da ogni fase cromatografica sono state raccolte e analizzate con HPLC ed elettroforesi SDS-PAGE. In particolare, l’elettroforesi dei campioni eluiti presenta una banda del plasminogeno ben definita indicando che le membrane di affinità con L-lisina sono adatte alla purificazione del plasminogeno. Inoltre, è emerso che le membrane hanno maggiore produttività della resina commerciale di riferimento. / Some eye conditions like diabetic rethinopaty, macular pukers, retinal detachment may benefit from vitreoctomy. Enzymatic vitreoctomy with plasmin is envisaged to augment or even replace conventional vitreoctomy by proposed means of less surgical risks. In addition, the use of autologous plasmin is beneficial since it avoids rejection problems. Plasmin can be obtained by conversion of plasminogen using a variety of enzymes, including tissue plasminogen activator (tPA) and urokinase plasminogen activator (uPA). The purification of plasminogen from blood is normally performed with bead-based affinity chromatography. However, for ophthalmology applications affinity membranes are ideally suited for the development of a disposable device to be used directly by the surgeon in the operating theatre, since they can be easily packed in small units providing a fast and economic process. Objective of this work was the preparation of affinity membranes for plasminogen purification using L-lysine as affinity ligand. To this aim epoxy activated regenerated cellulose membranes were used as a support for L-lysine immobilization. Two different binding protocols were tested and ligand density was measured using a colorimetric assay with Orange 7 as indicator. L-lysine immobilization yield has been studied as a function of reaction time and L-lysine concentration. The optimized membranes have been characterized in dynamic experiments using bovine and human serum; the results have been compared with the ones obtained in parallel experiments performed with a commercial L-lysine affinity resin used as a benchmark. During chromatographic experiments with serum, fractions have been collected and analyzed with both HPLC and SDS-PAGE electrophoresis. In particular, from SDS-PAGE gel electrophoresis a well-defined plasminogen band can be shown in the eluted samples indicating that the L-lysine affinity membranes are suitable for the purification of plasminogen. Furthermore, the membranes gave higher productivity than the commercial benchmark.

Le pietre artificiali ed i cementi artistici utilizzati durante la stagione Liberty rappresentano tutt’oggi un patrimonio artistico non ancora sufficientemente studiato. In seguito ad una ricerca bibliografica su testi e riviste dei primi anni del Novecento, è stata eseguita una ricognizione del patrimonio architettonico emiliano-romagnolo, al fine di valutarne i materiali e le tipologie di degrado più diffuse. Le città e le zone oggetto di studio sono state: Bologna, Ferrara, Modena e provincia, Reggio Emilia, Parma, Firenze, la Romagna e le Marche settentrionali. Tra gli edifici individuati sono state analizzate le decorazioni e gli intonaci di tre edifici ritenuti particolarmente significativi: il villino Pennazzi (noto anche come Villa Gina) a Borgo Panigale (Bologna), villa Verde a Bologna e l’ex-albergo Dorando Pietri a Carpi. Da tali edifici sono stati selezionati campioni rappresentativi delle diverse tipologie di decorazioni in pietra artificiale e successivamente sono stati caratterizzati in laboratorio tramite diffrattometria a raggi x (XRD), termogravimetria (TGA), microscopio ottico in sezioni lucide, microscopio elettronico a scansione (SEM) e porosimetria ad intrusione di mercurio (MIP). In particolare per Villa Verde sono state formulate e caratterizzate diverse tipologie di malte variando il tipo di legante ed il rapporto acqua/cemento, al fine di garantire la compatibilità fisico-meccanica con il supporto negli interventi di risarcimento delle lacune previsti nel restauro. L’attività sperimentale svolta ha permesso di mettere a punto un vero e proprio protocollo diagnostico per il restauro di questo tipo di decorazioni che potrà essere utilizzato sia nei casi di studio analizzati che per ogni futuro intervento. / Artificial stones used during Liberty season are still today an artistic patrimony not sufficiently studied yet. After a bibliographical research on books and journals of the first years of the XX century, a recognition of the architectural patrimony of Emilia-Romagna was performed, with the purpose of evaluating the most diffused typologies of decay. Cities and regions that were taken into account are: Bologna, Ferrara, Modena, Reggio Emilia, Parma, Florence, Romagna region and the northern Marche region. Among the studied buildings, the decorations and the plasters of three buildings, considered as more relevant, were analyzed: villa Pennazzi (known also as Villa Gina) in Borgo Panigale suburb (Bologna), Villa Verde in Bologna and the ex-hotel Dorando Pietri in Carpi. From such buildings, representative samples of the different typologies of decorations have been selected and characterized in laboratory using: X-Ray Diffraction (XRD), Thermogravimetry (TG), Optical Microscope in polished section, Scanning Electron Microscope (SEM) and Mercury Intrusion Porosimetry (MIP). In particular, for Villa Verde different typologies of repair mortars were formulated, varying the type of binder and water/cement ratio, with the purpose of guaranteeing the physical-mechanical compatibility with the support. The performed activity allowed to set a real diagnostic protocol for the restoration of this type of decorations, which can be used not only in the analyzed cases of study but also for every future restoration.

The relevance of human joint models was shown in the literature. In particular, the great importance of models for the joint passive motion simulation (i.e. motion under virtually unloaded conditions) was outlined. They clarify the role played by the principal anatomical structures of the articulation, enhancing the comprehension of surgical treatments, and in particular the design of total ankle replacement and ligament reconstruction. Equivalent rigid link mechanisms proved to be an efficient tool for an accurate simulation of the joint passive motion. This thesis focuses on the ankle complex (i.e. the anatomical structure composed of the tibiotalar and the subtalar joints), which has a considerable role in human locomotion. The lack of interpreting models of this articulation and the poor results of total ankle replacement arthroplasty have strongly suggested devising new mathematical models capable of reproducing the restraining function of each structure of the joint and of replicating the relative motion of the bones which constitute the joint itself. In this contest, novel equivalent mechanisms are proposed for modelling the ankle passive motion. Their geometry is based on the joint’s anatomical structures. In particular, the role of the main ligaments of the articulation is investigated under passive conditions by means of nine 5-5 fully parallel mechanisms. Based on this investigation, a one-DOF spatial mechanism is developed for modelling the passive motion of the lower leg. The model considers many passive structures constituting the articulation, overcoming the limitations of previous models which took into account few anatomical elements of the ankle complex. All the models have been identified from experimental data by means of optimization procedure. Then, the simulated motions have been compared to the experimental one, in order to show the efficiency of the approach and thus to deduce the role of each anatomical structure in the ankle kinematic behavior.

The PhD activity described in the document is part of the Microsatellite and Microsystem Laboratory of the II Faculty of Engineering, University of Bologna. The main objective is the design and development of a GNSS receiver for the orbit determination of microsatellites in low earth orbit. The development starts from the electronic design and goes up to the implementation of the navigation algorithms, covering all the aspects that are involved in this type of applications. The use of GPS receivers for orbit determination is a consolidated application used in many space missions, but the development of the new GNSS system within few years, such as the European Galileo, the Chinese COMPASS and the Russian modernized GLONASS, proposes new challenges and offers new opportunities to increase the orbit determination performances. The evaluation of improvements coming from the new systems together with the implementation of a receiver that is compatible with at least one of the new systems, are the main activities of the PhD. The activities can be divided in three section: receiver requirements definition and prototype implementation, design and analysis of the GNSS signal tracking algorithms, and design and analysis of the navigation algorithms. The receiver prototype is based on a Virtex FPGA by Xilinx, and includes a PowerPC processor. The architecture follows the software defined radio paradigm, so most of signal processing is performed in software while only what is strictly necessary is done in hardware. The tracking algorithms are implemented as a combination of Phase Locked Loop and Frequency Locked Loop for the carrier, and Delay Locked Loop with variable bandwidth for the code. The navigation algorithm is based on the extended Kalman filter and includes an accurate LEO orbit model. / L’attività di dottorato è stata svolta svolge nell’ambito del laboratorio di Microsatelliti e Microsistemi Spaziali della II Facoltà di Ingegneria, Università di Bologna. L’oggetto principale dell’attività di dottorato è lo sviluppo di un ricevitore GNSS per la determinazione orbitale di microsatelliti in orbita bassa. Questo sviluppo parte dall’architettura elettronica per arrivare fino agli algoritmi di navigazione, coinvolgendo tutti gli aspetti che riguardano questo tipo di applicazioni. L’utilizzo di ricevitori GPS per determinazione orbitale è un’applicazione sperimentata e consolidata in diverse missioni spaziali, tuttavia l’avvento di nuovi sistemi GNSS come l’europeo Galileo e il cinese COMPASS oltre all’ammodernamento del russo GLONASS, offrono nuove possibilità in termini di segnali e servizi disponibili. La valutazione dei benefici derivanti dall’utilizzo di questi nuovi sistemi, insieme all’implementazione di un ricevitore compatibile con almeno una delle nuove costellazioni, sono tra le tematiche trattate nella attività di dottorato. Il complesso delle attività si può dividere in tre blocchi: la definizione dei requisiti del ricevitore e implementazione del prototipo, il progetto e la verifica degli algortimi di tracking del segnale GNSS, e il progetto e la verifica degli algoritmi di navigazione. Il prototipo di ricevitore è basato su FPGA Virtex di Xilinx, e include un processore PowerPC. L’architettura segue il paradigma di software defined radio, per cui la maggior parte della elaborazione del segnale è effettuata in software mentre solo quanto è strettamente necessario è effettuato in hardware. Gli algoritmi di tracking sono una combinazione di Phase Locked Loop e Frequency Locked Loop per la portante e un Delay Locked Loop a banda variabile per il codice. L’algoritmo di navigazione che produce i dati di posizione e velocità a partire dalle osservabili GNSS, è basato su un filtro di Kalman esteso, ed include un accurato modello dinamico dell’orbita.

Quality control of medical radiological systems is of fundamental importance, and requires efficient methods for accurately determine the X-ray source spectrum. Straightforward measurements of X-ray spectra in standard operating require the limitation of the high photon flux, and therefore the measure has to be performed in a laboratory. However, the optimal quality control requires frequent in situ measurements which can be only performed using a portable system. To reduce the photon flux by 3 magnitude orders an indirect technique based on the scattering of the X-ray source beam by a solid target is used. The measured spectrum presents a lack of information because of transport and detection effects. The solution is then unfolded by solving the matrix equation that represents formally the scattering problem. However, the algebraic system is ill-conditioned and, therefore, it is not possible to obtain a satisfactory solution. Special strategies are necessary to circumvent the ill-conditioning. Numerous attempts have been done to solve this problem by using purely mathematical methods. In this thesis, a more physical point of view is adopted. The proposed method uses both the forward and the adjoint solutions of the Boltzmann transport equation to generate a better conditioned linear algebraic system. The procedure has been tested first on numerical experiments, giving excellent results. Then, the method has been verified with experimental measurements performed at the Operational Unit of Health Physics of the University of Bologna. The reconstructed spectra have been compared with the ones obtained with straightforward measurements, showing very good agreement.

The Plasma Focus is a device designed to generate a plasma sheet between two coaxial electrodes by means of a high voltage difference. The plasma is then driven to collapse into a “pinch”, where thermonuclear conditions prevail. During the “pinch phase” charged particles are emitted, with two main components: an ion beam peaked forward and an electron beam directed backward. The electron beam emitted backward by Plasma Focus devices is being investigated as a radiation source for medical applications, using it to produce x-rays by interaction with appropriate targets (through bremsstrahlung and characteristic emission). A dedicated Plasma Focus device, named PFMA-3 (Plasma Focus for Medical Applications number 3), has been designed, put in operation and tested by the research groups of the Universities of Bologna and Ferrara. The very high dose rate (several gray per discharge, in less than 1 µs) is a peculiarity of this device that has to be investigated, as it might modify the relative biological effectiveness (RBE). Aim of this Ph.D. project was to investigate the main physical properties of the low-energy x-ray beams produced by a Plasma Focus device and their potential medical applications to IORT treatments. It was necessary to develop the optimal geometrical configuration; to evaluate the x-rays produced and their dose deposited; to estimate the energy electron spectrum produced in the “pinch phase”; to study an optimal target for the conversion of the x-rays; to conduct simulations to study the physics involved; and in order to evaluate the radio-biological features of the beam, cell holders had to be developed for both irradiations and cell growth conditions. / Il Plasma Focus è un dispositivo progettato per generare una guaina di plasma tra due elettrodi coassiali attraverso un’ elevata differenza di potenziale. Il plasma viene accelerato e compresso in un “pinch”, dove avvengono reazioni termonucleari. Durante la fase del “pinch” sono emesse particelle cariche, con due componenti principali: un fascio di ioni diretto in avanti e un fascio retroemesso di elettroni. Si pensa di utilizzare il fascio retroemesso di elettroni prodotto dal Plasma Focus come sorgente di radiazioni per applicazioni medicali, producendo raggi X attraverso l’interazione con un target appropriato (tramite emissione prodotta per bremsstrahlung o caratteristica). Il Plasma Focus, PFMA-3 (Plasma Focus per Applicazioni Mediche numero 3), è stato progettato, messo in opera e testato dai gruppi di ricerca delle università di Bologna e di Ferrara. L’alto rateo di dose (diversi gray per scarica, in meno di 1 µs) è una particolarità del dispositivo che deve essere analizzata, perché potrebbe modificarne l’efficacia biologica relativa (RBE). Scopo di questo progetto di dottorato è stato studiare le principali proprietà fisiche del fascio di raggi X a bassa energia prodotti dal Plasma Focus e le loro potenzialità mediche per i trattamenti IORT. E’ stato necessario determinare la configurazione geometrica ottimale, valutare i raggi X prodotti e la dose da questi depositata, stimare lo spettro energetico degli elettroni prodotti nella fase di “pinch”, studiare un target ottimale per la conversione in raggi X, condurre simulazioni per studiare la fisica coinvolta e per valutare l’efficacia radio-biologica del fascio, sviluppare porta-campioni utilizzati sia per la crescita delle cellule, sia per gli irraggiamenti di quest’ultime.

La tesi di Dottorato studia il flusso sanguigno tramite un codice agli elementi finiti (COMSOL Multiphysics). Nell’arteria è presente un catetere Doppler (in posizione concentrica o decentrata rispetto all’asse di simmetria) o di stenosi di varia forma ed estensione. Le arterie sono solidi cilindrici rigidi, elastici o iperelastici. Le arterie hanno diametri di 6 mm, 5 mm, 4 mm e 2 mm. Il flusso ematico è in regime laminare stazionario e transitorio, ed il sangue è un fluido non-Newtoniano di Casson, modificato secondo la formulazione di Gonzales & Moraga. Le analisi numeriche sono realizzate in domini tridimensionali e bidimensionali, in quest’ultimo caso analizzando l’interazione fluido-strutturale. Nei casi tridimensionali, le arterie (simulazioni fluidodinamiche) sono infinitamente rigide: ricavato il campo di pressione si procede quindi all’analisi strutturale, per determinare le variazioni di sezione e la permanenza del disturbo sul flusso. La portata sanguigna è determinata nei casi tridimensionali con catetere individuando tre valori (massimo, minimo e medio); mentre per i casi 2D e tridimensionali con arterie stenotiche la legge di pressione riproduce l’impulso ematico. La mesh è triangolare (2D) o tetraedrica (3D), infittita alla parete ed a valle dell’ostacolo, per catturare le ricircolazioni. Alla tesi sono allegate due appendici, che studiano con codici CFD la trasmissione del calore in microcanali e l’ evaporazione di gocce d’acqua in sistemi non confinati. La fluidodinamica nei microcanali è analoga all’emodinamica nei capillari. Il metodo Euleriano-Lagrangiano (simulazioni dell’evaporazione) schematizza la natura mista del sangue. La parte inerente ai microcanali analizza il transitorio a seguito dell’applicazione di un flusso termico variabile nel tempo, variando velocità in ingresso e dimensioni del microcanale. L’indagine sull’evaporazione di gocce è un’analisi parametrica in 3D, che esamina il peso del singolo parametro (temperatura esterna, diametro iniziale, umidità relativa, velocità iniziale, coefficiente di diffusione) per individuare quello che influenza maggiormente il fenomeno. / The present work analyzes the haematic flow through a finite element code (COMSOL Multiphysics). Artery is affected by Doppler catheter (whose position inside is concentric or non-concentric, and also inclined with respect to the vessel’s axis) or stenoses of different shape and extension. Solid artery is a rigid, elastic or hyperelastic cylinder. Blood vessel’s diameters are assumed to be 2 mm, 4 mm, 5 mm and 6 mm. Haematic laminar flow, both in stationary and transient regime, is established, and blood is a non-Newtonian cassonian fluid, modified according to Gonzales & Moraga formulation. Numerical analysis are on three-dimensional and bidimensional models, the latter one also introducing fluid-structure interaction. Fluid dynamic three-dimensional models consider rigid artery to compute pressure field, then this is introduced as input datum in the structural-mechanics simulation, in order to determine cross-sectional variation and disturbance length on flow. Three dimensional models affected by the catheter’s presence consider three blood flow rates (maximum, minimum and averaged), while bi-dimensional and stenotic three-dimensional artery’s models introduce a pressure time-dependent function representing the haematic wave. Geometric domains are discretized by triangles (2D) and tetrahedrons (3D), also improving mesh near walls and downstream obstacles, to resolve recirculation. Two appendices are attached to the present dissertation, dealing with results from CFD simulations of conjugate heat transfer in microchannels and droplet evaporation in non-confined systems. Fluid dynamics in microchannel is analogous to the flow analysis in the capillary system; while the Eulerian-Lagrangian approach, which models evaporation, could represent blood multiphase nature. Microchannel’s appendix analyzes the transient condition following time-dependent heat flux rising, also varying inlet velocity and microchannel’s geometry. Investigation on droplet evaporation is a parametric three-dimensional analysis, that examines every parameter’s weight (external temperature, initial diameter, relative humidity, initial velocity and diffusion coefficient) in order to find the most influencing parameter on evaporation.

Lo studio che la candidata ha elaborato nel progetto del Dottorato di ricerca si inserisce nel complesso percorso di soluzione del problema energetico che coinvolge necessariamente diverse variabili: economiche, tecniche, politiche e sociali L’obiettivo è di esprimere una valutazione in merito alla concreta “convenienza” dello sfruttamento delle risorse rinnovabili. Il percorso scelto è stato quello di analizzare alcuni impianti di sfruttamento, studiare il loro impatto sull’ambiente ed infine metterli a confronto. Questo ha consentito di trovare elementi oggettivi da poter valutare. In particolare la candidata ha approfondito il tema dello sfruttamento delle risorse “biomasse” analizzando nel dettaglio alcuni impianti in essere nel Territorio della Regione Emilia-Romagna: impianti a micro filiera, filiera corta e filiera lunga. Con la collaborazione di Arpa Emilia-Romagna, Centro CISA e dell’Associazione Prof. Ciancabilla, è stata fatta una scelta degli impianti da analizzare: a micro filiera: impianto a cippato di Castel d’Aiano, a filiera corta: impianto a biogas da biomassa agricola “Mengoli” di Castenaso, a filiera lunga: impianto a biomasse solide “Tampieri Energie” di Faenza. Per quanto riguarda la metodologia di studio utilizzata è stato effettuato uno studio di Life Cycle Assesment (LCA) considerando il ciclo di vita degli impianti. Tramite l’utilizzo del software “SimaPro 6.0” si sono ottenuti i risultati relativi alle categorie di impatto degli impianti considerando i metodi “Eco Indicator 99” ed “Edip Umip 96”. Il confronto fra i risultati dell’analisi dei diversi impianti non ha portato a conclusioni di carattere generale, ma ad approfondite valutazioni specifiche per ogni impianto analizzato, considerata la molteplicità delle variabili di ogni realtà, sia per quanto riguarda la dimensione/scala (microfiliera, filiera corta e filiera lunga) che per quanto riguarda le biomasse utilizzate. / The study that the candidate has worked in the PhD project is part of the complex process of solving the energy problem that necessarily involves different variables: economic, technical, political and social. The aim is to express an opinion on the actual “convenience" of the exploitation of renewable resources. The path chosen was to analyze some systems of exploitation, study their impact on the environment and finally compare them. This made it possible to find objective evidence to assess. In particular, the candidate has discussed the issue of resource "biomass" by analyzing in detail some industries in the Territory of the Emilia-Romagna: plants micro chain, short chain and long chain. With the collaboration of ARPA Emilia-Romagna, CISA Center and Prof. Ciancabilla Association, was made a choice of systems to be analyzed: a micro-industry: wood chip industry in Castel d'Aiano; a short chain: biogas production in industry of agricultural biomass "Mengoli" in Castenaso and finally in long chain: industry of solid biomass "Tampieri Energies" of Faenza. With regard to the methodology used to study has been carried out a study of Life Cycle Assessment (LCA). By using the software "SimaPro 6.0", the results for the impact categories of facilities considering methods "Eco Indicator 99" and "Edip Umip 96". The comparison between the results of the different systems did not lead to general conclusions, but in-depth assessments specific to each industry analyzed, given the multiplicity of variables of all reality, both for the size / scale (micro-industry, short chain and long chain) that as regards the typology biomass used.

The radio communication system is one of the most critical system of the overall satellite platform: it often represents the only way of communication, between a spacecraft and the Ground Segment or among a constellation of satellites. This thesis focuses on specific innovative architectures for on-board and on-ground radio systems. In particular, this work is an integral part of a space program started in 2004 at the University of Bologna, Forlì campus, which led to the completion of the microsatellite ALMASat-1, successfully launched on-board the VEGA maiden flight. The success of this program led to the development of a second microsatellite, named ALMASat-EO, a three-axis stabilized microsatellite able to capture images of the Earth surface. Therefore, the first objective of this study was focused on the investigation of an innovative, efficient and low cost architecture for on-board radio communication systems. The TT&C system and the high data rate transmitter for images downlink design and realization are thoroughly described in this work, together with the development of the embedded hardware and the adopted antenna systems. Moreover, considering the increasing interest in the development of constellations of microsatellite, in particular those flying in close formations, a careful analysis has been carried out for the development of innovative communication protocols for inter-satellite links. Furthermore, in order to investigate the system aspects of space communications, a study has been carried out at ESOC having as objective the design, implementation and test of two experimental devices for the enhancement of the ESA GS. Thus, a significant portion of this thesis is dedicated to the description of the results of a method for improving the phase stability of GS radio frequency equipments by means of real-time phase compensation and a new way to perform two antennas arraying tracking using already existing ESA tracking stations facilities.