Obiettivi formativi
Il corso si propone di insegnare le seguenti nozioni:
Conoscenze e capacità di comprensione: lo studente riceverà nozioni sull'utilizzo di fonti alternative, sostenibili e rinnovabili e una conoscenza approfondita dei principali processi chimici per la produzione di fuels, energia elettrica e termica. In particolare il corso
affronterà le seguenti tematiche:
Problematiche ambientali; Processi chimici per la: produzione di biodiesel e bioetanolo da biomasse di prima, seconda e terza generazione: la produzione del gas di sintesi per gassificazione di biomasse di seconda generazione (uso di catalizzatori e tecnologie sostenibili); produzione e upgrading di bio-olio
Per quanto riguarda fonti energetiche alternative verranno spiegate le celle combustibili, a cui seguirà la tematica di produzione e stoccaggio di idrogeno.
Come fonte rinnovabile di energia, si vedrà l'utilizzo dell'energia solare per la produzione di energia elettrica attraverso l'utilizzo di pannelli fotovoltaici.
Nell'ambito della protezione dell'ambiente, allo studente verranno presentati diversi metodi per valorizzare e riciclare i polimeri, in particolare:
Processi di trasformazione chimica di materiali polimerici di scarto; Reazioni di depolimerizzazione termica, degradazione ossidativa, depolimerizzazione chimica. Processi di degradazione naturale. Termovalorizzazione
Verranno presentati i polimeri biodegradabili, e si studierà la loro sintesi, le proprietà e il loro smaltimento.
Sempre in ambito di protezione dell'ambiente, si affronterà infine il trattamento degli effluenti liquidi e gassosi da impianti industriali, con particolare enfasi ai trattamenti biologici delle acque.
Autonomia di giudizio: lo studente dovrà acquisire una completa autonomia nel classificare le diverse fonti energetiche alternative, valutandone in maniera critica i pro e i contro. Lo studente saprà valutare autonomamente il trattamento reflui più adatto al tipo di impianto e/o processo, proponendo le caratterizzazioni necessarie per l’identificazione della composizione del refluo. Lo studente inoltre sarà in grado di valutare il tipo di trattamento più adatto allo smaltimento/riciclo di materiali polimerici, in base alle caratteristiche del materiale stesso.
Capacità comunicative e di apprendimento: lo studente dovrà saper comunicare utilizzando la terminologia scientifica e tecnica appropriata e consona.
Prerequisiti
Per poter seguire le lezioni proficuamente e
superare l'esame, sono fondamentali le conoscenze
e i concetti acquisiti nel corso di Chimica Generale,
Chimica Organica, Chimica e Tecnologia dei
Polimeri.
Contenuti dell'insegnamento
Biocombustibili di prima, seconda e terza generazione.
Utilizzo delle biomasse in processi di bioraffineria
Polimeri biodegradabili
Riciclo dei polimeri
Trattamento acque reflue
Trattamento effluenti gassosi
Celle a combustibile
Celle fotovoltaiche
Alla fine del corso lo studente dovrà presentare in inglese al docente e ai compagni, che parteciperanno in maniera attiva, un articolo o una review inerente ai temi del corso che lo ha particolarmente interessato. La presentazione sarà svolta da un gruppo di lavoro (massimo 4 persone) che dovrà reperire autonomamente dalla letteratura l’articolo/review di interesse. Questa attività introdurrà lo studente al team working e al confronto costruttivo. Gli studenti dovranno saper presentare in modo chiaro e saper discutere in maniera critica l’articolo/review scelto.
Programma esteso
Produzione di biodiesel e bioetanolo da biomasse di
prima, seconda e terza generazione
Produzione del gas di sintesi per gassificazione di
biomasse di seconda generazione
Produzione e upgrading di bio-olio
Il syngas come platform per chemicals: vie
termochimiche
Processo MTG (Methanol to Gasoline)
Processo MTO (Methanol to Olefins)
Celle fotovoltaiche: radiazione solare; principio di
funzionamento e caratterizzazione delle celle; tipi di
celle (Si, CIS, CIGS, DSSC, film sottile
nanocristallino, Grätzel)
Celle a combustibile: principio di funzionamento;
applicazioni; tipi di celle a combustibile (alta T e
bassa T); produzione e stoccaggio idrogeno
Riciclaggio delle materie plastiche: riciclo
meccanico, chimico e termovalorizzazione
Processi di trasformazione chimica di materiali
polimerici di scarto
Reazioni di depolimerizzazione termica
Reazioni di degradazione ossidativa dei polimeri
Reazioni di depolimerizzazione chimica
Processi di degradazione naturale
I polimeri biodegradabili: definizione, produzione e
fonti. Tipi di polimeri biodegradabili e principali
applicazioni. Smaltimento polimeri biodegradabili; il
compostaggio
Trattamento acque reflue urbane e industriali.
Testi in inglese
Italian
Biofuels: first, second and third generation Biorafinery
processes and biomass uses Biodegradable polymers
Polymer recycle Wastewater treatment Exhaust gas
treatments Fuel cells Solar cells
Slides, handsout and references cited
This course content is: Bioethanol and biodiesel from
renewable sources Biomass gasification principles
Chemicals production from biomasses and their uses in
the biofuel production Bio-oil production and upgrading
Biodegradable polymers production and uses Problems in
the polymer recycle: Chemical recycle processes of
polymers; Thermal depolymerization reactions; Polymer
oxidative degradation; Chemical depolimerization
reactions Polymer natural degradation processes
Industrial wastewater and exhaust gases treatments
Wastewater biological treatments Fuel cells Solar cells
To successfully follow the course and pass the
examination it is fundamental to possess most of the
knowledge and concepts treated in the course of
"Chimica Generale", "Organic Chemistry I and II",
"Chimica e Tecnologia dei Polimeri"
Frontal lectures and lab practice
Oral examination
pretrattamenti; trattamento primario, secondario
(biologico) e terziario. Smaltimento fanghi.
Abbattimento P e N. Definizioni principali: BOD,
COD, TOC, TIC, età del fango, carico del fango.
Trattamento effluenti gassosi da impianti industriali.
Bibliografia
Dispense delle lezioni e riferimenti citati
Metodi didattici
Lezioni Frontali, esercitazioni di laboratorio, case studies, visite didattiche e una esercitazione di gruppo che prevede la preparazione di una presentazione in inglese da esporre ai compagni del corso inerente ad un argomento trattato. I gruppi saranno formati da massimo 4 studenti.
Conoscenza e comprensione applicate: un credito del corso è interamente dedicato ad esercitazioni pratiche di laboratorio, dove lo studente potrà sperimentare: (i) la sintesi e la caratterizzazione del biodiesel; (ii) la sintesi e la caratterizzazione dell'acido polilattico (polimero biodegradabile); (iii) la depolimerizzazione del polietilentereftalato: riciclo chimico di una bottiglietta d'acqua. Inoltre durante l'anno verranno organizzate due visite didattiche, una ai laboratori IMEM dove si studiano le celle fotovoltaiche, ed una dedicata alternativamente a: (i) trattamento delle acque reflue (o emissioni gassose); (ii) termovalorizzazione dei rifiuti urbani con relativo controllo delle emissioni gassose; (iii) produzione biopolimeri. Queste attività consentiranno allo studente di poter applicare le conoscenze rinforzando e accelerando la loro acquisizione, in particolare per quanto riguarda la gestione dei processi e la sostenibilità degli stessi.
Modalità verifica apprendimento
Esame orale.
Lo studente dovrà dimostrare di aver compreso i contenuti argomentandoli in maniera critica e con un linguaggio tecnico corretto, consono e appropriato. Lo studente dovrà essere in grado di collegare tra loro i vari argomenti trattati durante il corso.
La padronanza del lessico disciplinare verrà valutata positivamente.
Il voto della prova orale viene comunicato immediatamente al termine della prova stessa.
L'iscrizione all'appello è OBBLIGATORIA
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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