The microplastic pollution has rapidly gained a leading role among the environmental issues. The domestic washing of synthetic garments has been recognised as one of the most prominent sources of pollution. Such problem is complex to face due to its multidisciplinary nature. To face the problem from the broadest perspective possible the analysis of all the works addressing the shedding has been carried out and the most significant factors have been highlighted. After a general analysis on the complete life cycle of synthetic garments and having provided reasonable solutions for the different phases (when possible), the work has been focused in finding a solution for the filtration of microplastic at domestic level. With an embedded and potentially automatized device in mind as final target, the applications of different methodologies have been carried out, like the analysis of the properties of the most common synthetic materials, the use of system thinking strategies and the bio-inspired approach. The most promising results have been found using the last one. Biomimetic has made possible to use a natural filtration strategy, which takes advantage of the natural selection, in a different context. The cross-step filtration is a filtration strategy of recent discovery, used by some ram feeders which seems to offer many advantages for the filtration of microplastics with the given objective of a device embeddable in a washing machine. The carried out experimental activity has led to the highlight of relevant factors, like the broader range of velocities at which the phenomenon takes place, the possibility to apply it in a closed environment and the possibility of benefit of the kinematic of the fish even with the filter in a fixed position. All these factors not only corroborate the potential of such methodology for filtration but provides new discoveries for future works on such thematic or similar ones.

L’inquinamento da microplastiche ha rapidamente guadagnato un ruolo primario tra i problemi ambientali. Il lavaggio di capi sintetici in un contesto domestico è stato riconosciuto come una delle più rilevanti fonti di inquinamento da microplastiche. Questa tematica è però complessa da affrontare a causa della sua natura multidisciplinare. Per affrontare tale problema nel modo più completo è stata condotta un’analisi di tutti i lavori riguardanti lo shedding ed i fattori di maggior rilievo sono stati evidenziati. Dopo aver condotto l’analisi su tutto il ciclo vita dei materiali sintetici ed avendo dato una soluzione per le diverse fasi (ove possibile), il lavoro si è concentrato nel trovare una soluzione nell’ambito del filtraggio a livello domestico. Avendo in mente come obiettivo finale un sistema integrato e potenzialmente automatizzato, diversi metodi sono stati implementati, come l’analisi delle proprietà dei materiali sintetici di più ampio uso, l’uso di metodologie di pensiero sistematico e l’applicazione della bio-ispirazione. Quest’ultima metodologia ha dato i risultati più promettenti. La biomimetica ha reso possibile l’applicazione di una metodologia naturale, che ha beneficiato della selezione naturale, ad un contesto differente. Il filtraggio cross-step e una metodologia di recente scoperta, applicata da alcuni animali che si nutrono inghiottendo acqua e alimenti, per poi operarne la separazione. Questa metodologia sembra offrire molti vantaggi considerando l’obiettivo del filtraggio di microplastiche con un sistema integrabile nella lavatrice. L’attività sperimentale condotta ha portato al riconoscimento di fattori molto interessanti, quali il maggiore intervallo di velocità alle quali il fenomeno ha luogo, la possibilità di sfruttarlo in un ambiente chiuso e la possibilità di beneficiare degli effetti della cinematica del pesce anche in un setup con il filtro in posizione fissa. Tutti questi fattori non solo danno ulteriore conferma delle potenzialità di questo metodo di filtraggio, ma forniscono nuovi dati e fattori per lavori futuri su questa tematica o su applicazioni simili.

A bio-inspired design approach to face the microplastics challenge

FERRI, MATTEO
2019/2020

Abstract

The microplastic pollution has rapidly gained a leading role among the environmental issues. The domestic washing of synthetic garments has been recognised as one of the most prominent sources of pollution. Such problem is complex to face due to its multidisciplinary nature. To face the problem from the broadest perspective possible the analysis of all the works addressing the shedding has been carried out and the most significant factors have been highlighted. After a general analysis on the complete life cycle of synthetic garments and having provided reasonable solutions for the different phases (when possible), the work has been focused in finding a solution for the filtration of microplastic at domestic level. With an embedded and potentially automatized device in mind as final target, the applications of different methodologies have been carried out, like the analysis of the properties of the most common synthetic materials, the use of system thinking strategies and the bio-inspired approach. The most promising results have been found using the last one. Biomimetic has made possible to use a natural filtration strategy, which takes advantage of the natural selection, in a different context. The cross-step filtration is a filtration strategy of recent discovery, used by some ram feeders which seems to offer many advantages for the filtration of microplastics with the given objective of a device embeddable in a washing machine. The carried out experimental activity has led to the highlight of relevant factors, like the broader range of velocities at which the phenomenon takes place, the possibility to apply it in a closed environment and the possibility of benefit of the kinematic of the fish even with the filter in a fixed position. All these factors not only corroborate the potential of such methodology for filtration but provides new discoveries for future works on such thematic or similar ones.
MANSUTTI , ALESSANDRO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
15-dic-2020
2019/2020
L’inquinamento da microplastiche ha rapidamente guadagnato un ruolo primario tra i problemi ambientali. Il lavaggio di capi sintetici in un contesto domestico è stato riconosciuto come una delle più rilevanti fonti di inquinamento da microplastiche. Questa tematica è però complessa da affrontare a causa della sua natura multidisciplinare. Per affrontare tale problema nel modo più completo è stata condotta un’analisi di tutti i lavori riguardanti lo shedding ed i fattori di maggior rilievo sono stati evidenziati. Dopo aver condotto l’analisi su tutto il ciclo vita dei materiali sintetici ed avendo dato una soluzione per le diverse fasi (ove possibile), il lavoro si è concentrato nel trovare una soluzione nell’ambito del filtraggio a livello domestico. Avendo in mente come obiettivo finale un sistema integrato e potenzialmente automatizzato, diversi metodi sono stati implementati, come l’analisi delle proprietà dei materiali sintetici di più ampio uso, l’uso di metodologie di pensiero sistematico e l’applicazione della bio-ispirazione. Quest’ultima metodologia ha dato i risultati più promettenti. La biomimetica ha reso possibile l’applicazione di una metodologia naturale, che ha beneficiato della selezione naturale, ad un contesto differente. Il filtraggio cross-step e una metodologia di recente scoperta, applicata da alcuni animali che si nutrono inghiottendo acqua e alimenti, per poi operarne la separazione. Questa metodologia sembra offrire molti vantaggi considerando l’obiettivo del filtraggio di microplastiche con un sistema integrabile nella lavatrice. L’attività sperimentale condotta ha portato al riconoscimento di fattori molto interessanti, quali il maggiore intervallo di velocità alle quali il fenomeno ha luogo, la possibilità di sfruttarlo in un ambiente chiuso e la possibilità di beneficiare degli effetti della cinematica del pesce anche in un setup con il filtro in posizione fissa. Tutti questi fattori non solo danno ulteriore conferma delle potenzialità di questo metodo di filtraggio, ma forniscono nuovi dati e fattori per lavori futuri su questa tematica o su applicazioni simili.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/170183