Le Infrastrutture di ricerca
4.1 Infrastrutture ESFRI (European Strategy Forum on Research Infrastructures) con OGS come
leader nazionale
4.1.1 EURO-ARGO
Euro-Argo (www.euro-argo.eu) si inquadra nel contesto internazionale di Argo, il più grande sistema mondiale di osservazione in-situ degli oceani, operativo da quasi venti anni. Il sistema di monitoraggio si basa su sistemi mobili autonomi (boe profilanti, galleggianti di superficie, alianti sottomarini, ecc.) che misurano temperatura, salinità, correnti e altre proprietà biogeochimiche delle masse d’acqua. I dati rilevati dalle boe profilanti di Argo sono liberamente accessibili (open access) e disponibili a tutti in tempo reale, vengono utilizzati sia nell’ambito dell’oceanografia operativa sia in numerose ricerche scientifiche rivolte in particolare allo studio dei cambiamenti climatici. Il consorzio Euro-Argo ERIC (European Research Infrastructure Consortium) che gestisce l’infrastruttura, è coordinato dalla Francia e costituito da Italia, Finlandia, Germania, Regno Unito, Olanda, Irlanda, Spagna e Grecia, mentre Polonia e Norvegia partecipano in qualità di osservatori.
Dal 2012, con finanziamenti del MIUR (Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca), Euro-Argo-ITALY contribuisce in modo fondamentale ad Euro-Argo sia per la messa a mare di strumentazione atta a monitorare aree chiave sia per l’elaborazione dei dati raccolti. Il centro operativo di Euro-Argo-ITALY è gestito da OGS ed è riconosciuto come un nodo regionale della struttura mondiale, sotto il nome di ARC-MED (Argo Regional Centre - Mediterranean), e coordina le attività di Argo in Mediterraneo e Mar Nero.
Come coordinatore, l’Italia è anche responsabile dell’analisi in delayed-mode dei dati e della loro trasmissione al centro di raccolta mondiale. Il grado di rilevanza di Euro-Argo-ITALY è
anche testimoniato dall’attività di training e Capacity Building svolta dall’Italia in Paesi circostanti il Mar Nero e il Mar Mediterraneo.
Di particolare importanza nell’ambito di Euro-Argo-ITALY è la pianificazione della messa a mare della strumentazione; Euro-Argo –ITALY, in particolare, si impegna a rendere operative 20- 30 nuove boe profilanti ogni anno. Rilevante è anche la raccolta, l’archiviazione e la distribuzione dei dati in real-time, svolta in collaborazione con altri Istituti scientifici europei.
Oltre ai mari marginali (Mediterraneo e Mar Nero), Euro-Argo-ITALY è operativo negli oceani mondiali (soprattutto nell’Oceano Atlantico e Oceano Australe) con la messa a mare di boe profilanti in aree dove i dati oceanografici sono storicamente scarsi, ma di cruciale importanza per gli studi climatici mondiali.
I dati di Euro-Argo-ITALY sono la fonte principale di osservazioni in-situ usata da CMEMS (Copernicus Marine Environment Monitoring Service), il sistema previsionale europeo dello stato dei mari europei. Inoltre essi garantiscono le informazioni primarie a tutta la comunità oceanografica italiana (CNR, INGV, CMCC, OGS, ENEA, Aeronautica Militare, ARPA, CONISMA, Comando generale del Corpo delle capitanerie di porto). EUROARGO-ITALY è inoltre un’importante componente di GEOSS (Global Earth Observation System of Systems).
Euro-Argo-ITALY è un sistema di monitoraggio sostenibile a lungo termine. È una risorsa fondamentale di informazione per studiare delle tematiche chiave/cruciali come, ad esempio, il ruolo del Mar Mediterraneo nel sistema climatico. In generale, fornisce i dati oceanografici per migliorare in modo significativo le previsioni a medio e lungo termine dell’atmosfera e dell’oceano.
4.1.2 PRACE
L’eccellenza internazionale nella ricerca e nell’industria passa necessariamente attraverso la possibilità di accedere ed utilizzare risorse per il calcolo ad alte prestazioni (High Performance Computing - HPC). Se si considera che le infrastrutture di calcolo e processing di dati evolvono molto rapidamente risulta evidente la necessità di un aggiornamento continuo di tali infrastrutture, dei metodi e delle relative competenze al fine di garantire la competitività del sistema della ricerca italiana ed europea, anche alla luce della sfida rappresentata dall’Exascale computing1 . L’Unione Europea ha riconosciuto l’urgenza di agire in questa direzione e, oltre a finanziare alcuni importanti progetti di ricerca in tale ambito, nel 2012 ha annunciato l’avvio di un piano strategico per garantire la leadership europea nell’ambito dell’HPC. Nel marzo 2017 è stato sottoscritto un accordo intergovernativo tra i paesi maggiormente rappresentativi della EU per co-finanziare il rafforzamento di un’iniziativa e rendere la EU un protagonista dell’HPC mondiale.
L’infrastruttura ESFRI denominata PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe, www.prace-ri.eu) è composta da 25 membri, rappresentativi sia dell’EU che degli stati associati, ed è parte integrante di tale piano strategico. PRACE si basa su un finanziamento totale di 132 milioni di Euro per il periodo 2010-2019, 97 dei quali sono garantiti dalla Commissione Europea. Obiettivo fondamentale di PRACE è abilitare la ricerca scientifica e ingegneristica di eccellenza, che necessita di strumenti innovativi di supercalcolo, al fine di migliorare la competitività europea a beneficio dell’intera società. Il Consorzio Interuniversitario CINECA, di cui OGS fa parte, è tra i membri fondatori di PRACE e uno dei 5 Hosting Members impegnati a fornire sistemi HPC di classe Tier-0 a livello europeo.
1 Il concetto di “Exascale computing” si riferisce a sistemi computazionali in grado di raggiungere perfor-mance di calcolo di almeno 1 exaflops (1018 operazioni al secondo), aumentando di 1.000 volte le capacità attuali.
Tale incremento di performance, oltre a ridurre significativamente il consumo relativo di energia, presenta sfide eccezionali sia a livello hardware che software: la grandezza di tali sfide è talmente elevata che solo la cooperazione internazionale nella ricerca scientifica è in grado di affrontarle in maniera adeguata, indirizzando anche il progresso tecnologico. A livello internazionale, numerosi sono gli esempi recenti di investimenti governativi che hanno finan-ziato l’Exascale computing per finalità di ricerca in diversi campi scientifici, dalla ricerca teorica di base, alle scienze della Terra, alla biologia, alla scienza dei materiali, in campo energetico e per la sicurezza nazionale.
La missione di PRACE si concretizza, quindi, nel mettere a disposizione per la ricerca europea di eccellenza, risorse di supercalcolo e di gestione dati a livello comparabile a quello dei maggiori players mondiali (USA innanzitutto, ma anche Cina, protagonista negli ultimi anni di uno sviluppo enorme nel campo dell’HPC). I ricercatori accedono a tali risorse senza oneri, attraverso un meccanismo di peer-review europeo aperto e trasparente. Oltre alle risorse di calcolo, PRACE garantisce le più avanzate competenze professionali in ambito europeo per l’uso efficiente delle risorse informatiche.
I riferimenti nazionali di PRACE sono CINECA e OGS, che collaborano nell’iniziativa PRACE-ITALY, i cui scopi principali e le auspicate ricadute sono sintetizzati nei seguenti tre punti:
• sostenere la collaborazione con l’industria nazionale ICT per la realizzazione di architetture di calcolo innovative (Exascale computing);
• sostenere la crescita delle capacità professionali in campo HPC per lo sviluppo e l’uso di algoritmi innovativi nel campo delle Scienze della Terra, ai fini dell’utilizzo delle architetture di tipo Exascale;
• sostenere la formazione dei ricercatori ed il Capacity Building.
Gli obiettivi formativi di PRACE-ITALY si sono concretizzati nel programma HPC Training and Research for Earth Sciences (HPC-TRES2), promosso da OGS e CINECA e co-finanziato dal MIUR, che si avvale della competenza di una rete di gruppi di ricerca nazionali di eccellenza nel campo dell’HPC applicato a problemi di Scienze della Terra. Tali gruppi di ricerca afferiscono ai diversi enti e istituti di ricerca italiani (solo per citarne alcuni: CNR, INGV, CMCC) e OGS ha il ruolo di coordinamento e di gestione di tutte le procedure concorsuali per l’assegnazione delle borse di studio HPC-TRES (co-finanziate dai gruppi di ricerca che fanno parte dell’iniziativa), oltre a stabilire convenzioni di ricerca con gli istituti e/o Università che richiedono di far parte del network HPC-TRES. Infine, OGS coordina la stesura del piano scientifico, recentemente sottoposto a revisione. Nei prossimi anni si prevede di supportare HPC-TRES ai fini di garantirne sostenibilità a lungo-termine, anche attraverso azioni strutturate tipo Joint Research Unit.
Poiché le tecnologie utilizzate nelle infrastrutture di ricerca sono in continua evoluzione, PRACE adotta delle iniziative in ambito sia software che hardware affinché le risorse informatiche impegnate nei sistemi ad alte prestazioni siano sempre all’avanguardia. In tale ottica, merita ricordare il notevole successo raggiunto da PRACE-ITALY per il co-finanziamento al prototipo EURORA, premiato nel 2013 quale supercomputer più energeticamente efficiente al mondo3. Tale risultato ha avuto una valenza strategica per il sistema Paese, in quanto è stato possibile grazie alla collaborazione virtuosa fra CINECA, Enti di Ricerca (fra cui OGS) e industria. Nel corso del 2017, è stato installato DAVIDE4, il cui scopo è il proseguimento delle attività prototipali sull’efficienza energetica iniziato con EURORA.
Quest’azione appare propedeutica anche per future iniziative di sviluppo delle tecnologie europee per l’HPC nell’ambito del programma FET HPC5 concernente l’implementazione della Strategic Research Agenda.
Internamente ad OGS, è in fase di realizzazione un Laboratorio virtuale per la visualizzazione 3D e l’analisi multi-variata dei risultati delle simulazioni modellistiche, sia in ambito di progetti di ricerca relativi alla biogeochimica marina, che all’interno di servizi operativi europei (es.
Copernicus Marine Environment Monitoring Services). Quest’attività si basa sull’installazione di software grafici ad alta performance (p.es. Paraview), sull’implementazione di un data analysis ottimizzato, e sullo sviluppo di un virtual server per remote visualization.
2 http://www.ogs.trieste.it/it/content/hpc-training-and-research-earth-sciences-hpc-tres 3 www.cineca.it/it/news/eurora-il-supercomputer-pi%C3%B9-efficiente-al-mondo 4 http://www.hpc.cineca.it/content/davide
5 https://ec.europa.eu/programmes/horizon2020/en/h2020-section/fet-proactive
4.1.3 ECCSEL
L’obiettivo di ECCSEL (European Carbon Dioxide Capture and Storage Laboratory Infrastructure, www.eccsel.org) è di costituire un’infrastruttura multicentrica che raggruppi i migliori laboratori in Europa impegnati in ricerche sulla cattura, trasporto e confinamento geologico della CO2 (CCS). Oltre all’implementazione di alcuni dei laboratori esistenti, è stata prevista la realizzazione di nuovi, dedicati a colmare i gaps scientifico-tecnologici individuati dalla comunità di riferimento per il CCS. L’infrastruttura è accessibile alla comunità scientifica ed industriale e rappresenta un punto di eccellenza nel panorama internazionale.
In preparazione sin dal 2006, è stata inclusa nella roadmap ESFRI nel 2008. Nel biennio 2011-2012 è stata finanziata dalla Commissione Europea la prima fase preparatoria (PPI, con contributo FP7 di 1,5 milioni di Euro), proseguita nel biennio 2013-2014 grazie ad un nuovo contratto assegnato dalla EC (PPII, con contributo FP7 di 2,5 milioni di Euro). Nel 2015 ECCSEL ha ricevuto un nuovo finanziamento europeo H2020, dell’importo di 3,2 milioni di Euro, con l’obiettivo di portare l’infrastruttura alla piena operatività nel 2017.
Alle fasi preparatorie del progetto hanno partecipato 15 istituti provenienti da 10 Paesi europei, con capofila la Norvegia. Per l’Italia, i partner sono stati OGS, ENEA e Sotacarbo. OGS ha detenuto la leadership di diverse attività progettuali, come l’implementazione della sede operativa del consorzio e le attività di Capacity Building.
Durante le fasi preparatorie progettuali, è stata avviata la costituzione di un ERIC (European Research Infrastructure Consortium) per valorizzare maggiormente ECCSEL, renderlo pienamente operativo e permettere alla comunità scientifica internazionale di avere accesso ai suoi laboratori di eccellenza in modo permanente. La sede legale è a Trondheim, in Norvegia, ma l’ERIC si appoggia a Nodi Nazionali distribuiti nelle nazioni firmatarie dell’accordo.
L’ERIC ECCSEL è stato registrato il 12 giugno 2017.
OGS è stato eletto Nodo Nazionale per l’Italia e quindi nodo italiano per l’ERIC. Il Nodo Nazionale, in collaborazione con il Centro Operativo, coordina l’accesso ai laboratori di ECCSEL ubicati sul territorio italiano, promuove l’inserimento di nuovi laboratori nel consorzio, valorizza le attività scientifiche realizzate, gestisce i rapporti pubblico-privato e la rete di rapporti nazionali ed internazionali e promuove iniziative di formazione per i ricercatori.
L’Italia mette a disposizione attualmente 13 laboratori, di cui 8 di OGS e 5 di Sotacarbo ma il numero verrà incrementato nei prossimi anni.
ECCSEL NATLAB ITALY (www.eccselnatlabitaly.it) rappresenta il progetto finanziato dal MIUR a partire dal 2013, nell’ambito di ECCSEL. L’iniziativa ha permesso ad OGS la realizzazione di due laboratori, a Panarea (isole Eolie) e Latera (provincia di Viterbo), con lo scopo di sviluppare e sperimentare nuove tecniche di monitoraggio della CO2 e studiare i potenziali effetti di fuoriuscite di gas sull’ecosistema.
A Panarea e Latera vi sono fuoriuscite naturali di CO2, che offrono un’opportunità unica per:
• studiare in dettaglio i meccanismi di trasporto della CO2 negli strati più superficiali del terreno;
• calibrare e testare strumenti innovativi per il monitoraggio di fuoriuscite di CO2, anche di bassissima intensità, sia a terra, sia a mare;
• misurare l’impatto delle fuoriuscite di CO2 sugli ecosistemi terrestri e marini e verificarne i tempi di recupero;
• valutare l’efficacia di strategie di monitoraggio a breve, medio e lunghissimo termine.
Tutti questi aspetti sono di cruciale rilevanza per valutare possibili scenari di risk management in relazione al confinamento geologico della CO2.
Il progetto ha, pertanto, permesso di costituire due laboratori permanenti di eccellenza, dotati di strumentazione per il monitoraggio della CO2.
Il laboratorio di Panarea è stato
inaugurato nel 2015; quello di Latera è operativo dall’estate 2017.
Grazie al meccanismo del Transational Access, i ricercatori e i partner industriali che ne fanno richiesta, possono ricevere finanziamenti dalla Comunità Europea per accedere ai laboratori e sviluppare la propria ricerca. Grazie a questi finanziamenti nel 2016 e 2017 diverse campagne di ricerca sono state condotte nel laboratorio di Panarea, che si rivela all’avanguardia per gli studi sul CCS e sull’acidificazione.
A marzo 2018, OGS è stato invitato dal MIUR a presentare una proposta progettuale di potenziamento dell’infrastruttura di ECCSEL-ERIC sede di Panarea in attuazione dell’Azione II.1 del PON Ricerca e Innovazione 2014-2020, pubblicato con Decreto Direttoriale n. 424 del 28 febbraio 2018. L’avviso prevede il finanziamento di progetti finalizzati al potenziamento delle 18 infrastrutture di ricerca individuate dal MIUR come prioritarie nel PNIR 2014-2020 e ammissibili per l’accesso ai fondi del PON.
Le tematiche affrontate dal progetto, in coerenza con gli obiettivi dell’infrastruttura ECCSEL-ERIC, ricadono ampiamente tra le linee di attività di OGS.
Il progetto ha come obiettivo finale il potenziamento di una parte circoscritta dell’infrastruttura ECCSEL ERIC. In particolar modo si prevede di potenziare il laboratorio naturale di Panarea fornendo la sede a terra di nuova strumentazione scientifica da laboratorio e da campo (per il campionamento, l’osservazione in situ e l’acquisizione dati) che sia altamente innovativa e permetta studi multidisciplinari nel campo delle scienze fisiche, chimiche, biologiche e geologiche. Verrà anche implementata la sensoristica a mare mediante la messa in opera di un osservatorio sottomarino che accolga una serie di sensori geofisici e oceanografici per l’acquisizione di misure in modalità continua e sincronizzata ovvero referenziate nel tempo secondo un unico segnale orario. L’acquisto, inoltre, di veicoli autonomi finalizzati al monitoraggio integrato e ad alta tecnologia delle emissioni gassose permetterà di portare un elevato valore aggiunto all’infrastruttura rendendola tra le più tecnologicamente avanzate non solo in ECCSEL, ma in ambito internazionale.
Valore aggiunto all’infrastruttura sarà anche dato dall’implementazione del Centro di Taratura e Metrologia Oceanografica (CTMO) di OGS (Trieste) che funzionerà da supporto per la taratura e il mantenimento della strumentazione utilizzata a mare, oltre che per test di cross-calibrazione, al fine di garantire una rigorosa qualità dei dati raccolti che soddisfi gli standard internazionali di eccellenza.
Il progetto è inoltre coerente con gli obiettivi di ESFRI e della S3 della regione Sicilia e prevede il coinvolgimento di INGV, INFN e SZN.