Sommario

Il surgelato vede un continuo incremento di consumo, sia in Italia (842 000 t nel 2017) sia in Europa, dove cresce ad un ritmo del 2.7 % annuo rappresentando un mercato di oltre 100 G€. Fondamentale per questo comparto è la gestione della catena del freddo, che deve mantenere efficienza di processo e qualità di prodotto lungo tutto il percorso, dalle fasi di lavorazione, surgelazione, conservazione, fino all’esposizione sui banchi di vendita.

Attraverso il progetto CoACh si vuole sviluppare un sistema integrato per la gestione intelligente della catena del freddo. Per il conseguimento di questo obiettivo, CoACh integrerà le competenze di cinque laboratori (SITEIA.PARMA, CIRI-AGROALIMENTARE, CIRI-ICT, CRAST e ROMAGNA TECH) in ambiti che vanno dalla biologia all’ingegneria meccanica, dalla chimica all’ingegneria dell’informazione. Nell’ambito del progetto saranno inoltre coinvolte quattro aziende individuate in modo da avere nel partenariato un need-owner (Orogel, interessata ad implementare la soluzione sviluppata per la gestione intelligente della catena del freddo nei propri stabilimenti), un technology provider (DNAphone, interessata ad ampliare il campo di applicazione delle proprie tecnologie) e due service provider (Onit e Siram, interessate alle metodologie di ottimizzazione sviluppate all’interno del progetto).

Obiettivi

Il progetto ha come obiettivo finale lo sviluppo di un prototipo di un sistema integrato per la gestione ottimizzata della catena del freddo in un processo di trasformazione di prodotti vegetali e la sua validazione in ambiente industriale. Tale prototipo ha una componente innovativa sia nell’hardware (essendo basato su una rete IoT per l’acquisizione di misure online sul processo e sullo stato dei prodotti e su sensoristica offline integrata mediante piattaforma cloud) sia sul software (essendo la gestione sia del processo, sia della rete di trasmissione dati basata su algoritmi che ne ottimizzino le prestazioni).

Il percorso per l’ottenimento di questo prototipo darà inoltre risultati intermedi che possono trovare un impiego autonomo in altre applicazioni. Questi risultati sono classificabili come metodologie e prototipi.

Le metodologie riguarderanno:

  • l’analisi del processo e la capacità di individuare le criticità in relazione al rapporto tra produzione e catena del freddo;
  • lo sviluppo di modelli per la simulazione del processo di trasformazione e del processo e degli impianti di refrigerazione e surgelazione;
  • lo sviluppo di algoritmi di ottimizzazione della gestione del freddo;
  • lo sviluppo di algoritmi di ottimizzazione della gestione delle reti.

I prototipi invece saranno:

  • una rete IoT con un livello di maturità tecnologica TRL7;
  • un dispositivo portatile per analisi di parametri di interesse alimentare.

Attività

Il perseguimento degli obiettivi di progetto richiede l’integrazione di diverse competenze, difficilmente individuabili in un unico settore scientifico:

  • Competenze relative alle scienze degli alimenti necessarie alla individuazione delle caratteristiche dei prodotti che possano essere interessate dal processo di refrigerazione e surgelazione;
  • Competenze relative ai processi e agli impianti di trasformazione necessarie alla loro descrizione e modellazione;
  • Competenze relative alle macchine e ai sistemi di conversione dell’energia necessarie allo studio e modellazione degli impianti di generazione del freddo;
  • Competenze relative all’informatica e alle telecomunicazioni necessarie a gestire l’acquisizione, la trasmissione e l’elaborazione dei dati.

Queste competenze espresse dai partner del progetto saranno valorizzate in un programma di attività che prevede fasi di studio, simulazione e sperimentazione.

La fase di studio sarà caratterizzata da attività di analisi di prodotti vegetali surgelati e dei processi coinvolti al fine di individuare i parametri da monitorare durante il processo di trasformazione e refrigerazione. Alcuni parametri potranno essere oggetto di rilevazione online, mentre altri necessiteranno di analisi offline.

Le attività di simulazione riguarderanno lo sviluppo dei modelli matematici dei processi di trasformazione, refrigerazione e surgelazione e il loro utilizzo all’interno di algoritmi di ottimizzazione del processo e lo sviluppo di algoritmi di gestione efficiente delle reti di acquisizione, trasmissione ed elaborazione dati. In particolare verranno sviluppati e validati: (i) modelli matematici del processo e dei sistemi energetici e dell’effetto che questi processi hanno sui prodotti nei termini dei parametri individuati nella fase precedente; (ii) algoritmi di ottimizzazione per la gestione del processo e per la gestione della rete. Questi algoritmi una volta implementati nel prototipo utilizzeranno i dati acquisiti mediante la sensoristica che costituirà la rete IoT e i modelli matematici sviluppati per simulare il processo.

La sperimentazione verrà effettuata su scala laboratoriale sui componenti della rete di acquisizione, trasmissione ed elaborazione dati e sulla sensoristica per analisi offline e successivamente in ambiente industriale per quanto riguarda la validazione del prototipo integrato. Nel dettaglio le attività di viluppo porteranno alla realizzazione di (i) un sistema di monitoraggio della catena del freddo che consiste nella raccolta dati da sensori e archiviazione su cloud (ii) dispositivi di analisi portatili tramite spettrofotometro operante nel vicino UV-VIS che possano interfacciarsi al suddetto cloud. Il progetto terminerà con la sperimentazione in ambiente operativo delle tecnologie di gestione intelligente del freddo e di monitoraggio sviluppate.
Le attività coinvolgeranno 19 tecnici, ricercatori e docenti strutturati e 10 ricercatori appositamente reclutati per il progetto CoACh.

Applicazioni e Coerenza con la strategia regionale di specializzazione intelligente

Il progetto coinvolge alcuni dei settori produttivi più strategici a livello regionale. L’industria alimentare regionale, con circa 5.000 imprese (corrispondenti all’11% dell’industria manifatturiera regionale e all’8% dell’industria alimentare italiana), vale oltre 20 miliardi di euro, pari al 15% del totale nazionale. In questo settore, la gestione del freddo è diventata sempre più una componente importante dei processi produttivi, anche a seguito di una decisa evoluzione del consumo verso le referenze surgelate, il fresco confezionato e il freschissimo. Il progetto CoAch troverà applicazione sulla sostenibilità dei processi per l’industria alimentare, con particolare riferimento alla gestione della catena del freddo e ai processi integrati per il controllo di processo, che rappresenta una delle priorità tecnologiche della Strategia per la Specializzazione Intelligente (S3) regionale.

Relativamente alla stessa filiera, il progetto risponde anche ad un’altra priorità tecnologica della S3, che si focalizza sulla necessità di sviluppare un’agroindustria smart, attraverso l’applicazione di IoT e di tecnologie per l’analisi dei dati e la simulazione.

Lo sviluppo di soluzioni smart permetterà una sempre più ampia diffusione delle tecnologie a tutto il comparto agroalimentare. Un valore aggiunto che potrà essere sottolineato dai risultati del progetto, per divulgare i benefici ottenuti dall’applicazione delle tecnologie, applicate non solo per ottemperare ad obblighi legislativi o per tutelare la privacy aziendale, ma anche per ottenere surplus produttivi, riduzione di costi e un’implementazione e management delle informazioni di processo.

I bisogni caratteristici dell’agroalimentare incrociano, in questo progetto, la filiera dell’impiantistica per l’alimentare e dei servizi per la digitalizzazione, che devono assicurare, sempre in accordo con la S3 per la meccanica e meccatronica, soluzioni smart, adattative, sicure.

In sintesi, i risultati del progetto costituiranno un know how che potrà essere applicato a tutte le filiere produttive che fanno uso della catena del freddo e che necessitano di tecnologie IoT.