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Sustainable engineering
01MKXIY
A.A. 2021/22
Course Language
Inglese
Degree programme(s)
Doctorate Research in Ingegneria Chimica - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 30 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | Years teaching |
|---|
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | *** N/A *** |
|---|
Ingegneria sostenibile
Obiettivo: il corso è stato finalizzato a fornire allo studente gli elementi di analisi e strumenti per la compenetrazione di sistemi produttivi complessi al fine di sincronizzare le attività antropologiche ai cicli naturali. Verranno introdotti e utilizzati i principi della termodinamica irreversibile per analizzare il sistema dei complessi industriali. L'analisi del processo è focalizzata alla valutazione delle interazioni tra attività antropologiche e ambiente per capire il cambiamento verso le nuove tendenze tecnologiche. Verranno introdotte e utilizzate alcune specifiche tecniche di progettazione per limitare l'utilizzo di materia ed energia in prodotti, processi e servizi; Saranno forniti i seguenti approcci metodologici: la transizione verso l'utilizzo di materiale rinnovabile anziché non rinnovabile, la valutazione dei servizi energetici utilizzando l'efficienza energetica e il ritorno sull'investimento (EROI). Rivolto alla valutazione delle nuove tendenze tecnologiche, l'applicazione del principio di conservazione del mater verrà utilizzata per la determinazione del consumo di acqua e delle sostanze tossiche nella produzione di prodotti e processi seguendo i criteri di allocazione delle risorse e la valutazione dell'impronta ambientale.
Sustainable Engineering
Aim: the course has been finalized to give to the student the elements of analysis end tools for the interpenetration of complexes production systems to the end to synchronize the anthropologic activities to the natural cycles. The principles of irreversible thermodynamics will be introduced and used in order to analyse industrial complexes system. The process analysis is focused to the evaluation of the interactions between anthropologic activities and the environment to figure out the modification toward new technology trends. Some specific techniques of design to limitation of mater and energy use in products, process and services will be introduced and utilized; the following methodological approaches will be furnished: the transition toward the use of renewable material instead of no renewable, the evaluation of energy services using the energy efficiency and energy return on invested (EROI). Aimed to the evaluation of new technological trends, application of conservation of mater principle will be used for the determination of the water use and toxic substances in the production of products and processes following the criteria of allocation of resources and the evaluation of environmental foot print.
Lauree: ingegneria, architettura, chimica, fisica, biotecnologie, economia
Degrees: engineering, architecture, chemistry, physics, biotechnology, economics
Introduzione: Principi di sistemi irreversibili; rivisitazione dei principi I e II della termodinamica; consumo di energia e lavoro perso; generazione entropica: cause ed effetti; analisi della conversione energetica: dalle fonti al servizio energetico; i principi di conservazione della materia; materia rinnovabile e non rinnovabile; modelli cinetici di consumo materno in sistemi aperti e chiusi; impronta ecologica di prodotti e processi: principi e valutazione tecnica.
Analisi di cicli antropologici complessi: bilancio di massa delle attività antropologiche: produzione di ammonio e fertilizzanti; la produzione di acido solforico; la chimica del cloro e l'uso dei suoi derivati ¿¿nei sistemi di produzione; l'albero delle materie petrolchimiche e plastiche; l'analisi delle produzioni di carta e vetro; dai metalli alle merci; la produzione di beni assemblati.
Analisi delle produzioni biotecnologiche: i cicli del carbonio (biologico, cellulosico e fossile) come flusso di alimentazione per il nuovo approccio della bioraffineria; le produzioni biotecnologiche come materia prima per la produzione di processo. Principi di ingegneria biotecnologica: enzimi, batteri e funghi come biocatalizzatori; i processi biotecnologici come strumento tra attività antropologiche e cicli naturali; il processo di biotecnologia ambientale per i processi di produzione e ripristino dell'energia.
Ecologia industriale: andamento storico degli usi materici ed energetici, processi di decarbonizzazione delle fonti energetiche; efficienza energetica: energia per la produzione, energia intrinseca ed energia per gli usi; l'utilizzo dell'efficienza globale di un sistema come strumento alternativo per la progettazione; l'efficienza globale nell'uso della materia; dalla produzione di prodotti e fabbricati alla produzione di servizi; servizi, prodotti e scarti; il progetto per lo smontaggio e il riutilizzo; fluido di processo: tecniche per limitare le quantità e i riutilizzi.
Teoria generale dei sistemi produttivi: fondi, capitale naturale, flussi; valutazione dei consumi oscurati ed esterni in un processo; teoria dello stato stazionario: variabili termodinamiche ed economiche; i principi del feedback e l'evoluzione della produzione industriale; i principi del benchmarking ambientale: lo sviluppo di indicatori di eco-efficienza come linee guida per la modifica delle linee di produzione.
Esercitazione in classe: allo studente verranno richieste due elaborazioni numeriche finalizzate all'utilizzo dei concetti e delle tecniche acquisite (ad esempio): i) la valutazione e definizione della possibilità di sostituire un solvente cancerogeno in un processo elettronico; ii) ottimizzazione e modifica di un sistema di tubazioni per i fluidi di servizio per abbassare l'utilizzo di energia.
Libri di testo:
Efficienza e sostenibilità nelle industrie energetiche e chimiche, Jakob de Swaan Arons, Hedzer van der Kooi, Krishnan Sankaranarayanan, CRC, 2004
Progettare per l'Ambiente, B.Ruggeri e A.Robasto, Ranieri Editore, 2002
Wasteless Chemical Processing, V.V. Kafarov, Mir Publ., 1982
"Metabolismo industriale, ambiente e applicazione dei principi di equilibrio materiale per sostanze chimiche selezionate" di R.U Ayres et al. IIASA Ed., 1989
Ecologia industriale T.E. Gradel e B.R. Allenby, Prentice Hall, 1995
Introduction: Principles of irreversible systems; revisitation of I and II principles of thermodynamics; energy consumption and work lost; entropic generation: causes and effects; analysis of energy conversion: from the sources to energy service; the principles of mater conservation; renewable and no-renewable mater; kinetic models of mater consumption in open and close systems; ecological foot print of products and processes: principles and technical evaluation.
Analysis of complex anthropologic cycles: mass balance of anthropologic activities: the production of ammonium and fertilizers; the production of sulphuric acid; the chemistry of chlorine and the use of its derivatives in the production systems; the tree of petrochemical and plastic materials; the analysis of paper and glass productions; from metals to goods; the production of assembled goods.
Analysis of biotechnological productions: the carbon cycles (biological, cellulosic and fossil) as feed stream for bio-refinery new approach; the biotechnological productions as feedstock for process production. Principles of biotechnology engineering: enzymes, bacteria and fungi as biocatalyst; the biotechnology processes as tool between anthropologic activities and natural cycles; the environmental biotechnology process for energy production and restoration processes.
Industrial Ecology: historical trend of mater and energy uses, the decarbonisation processes of energy sources; energy efficiency: energy for the production, intrinsic energy and energy for uses; the use of global efficiency of a system as alternative tool for the design; the global efficiency in the use of the matter; from the production of and-made products to the production of services; services, products, and discards; the design for the de-assembling and reuse; process fluid: techniques to limit the quantities and reuses.
General theory of productive systems: founds, natural capital, flows; evaluation of obscured and external consumptions in a process; steady-state theory: thermodynamic and economic variables; the principles of feedback and the evolution of industrial production; the principles of environmental benchmarking: the developing of eco-efficiency indicators as guidelines for the modification of productions lines.
Class exercise: two numerical class work aimed to use the concepts and techniques acquired will be request to the student (for examples): i) the evaluation and definition of the possibility to substitute a carcinogenic solvent in an electronic process; ii) optimization and modification of a piping system for the service fluids to lowering the use of energy.
Texts Books:
Efficiency and Sustainability in the Energy and Chemical Industries, Jakob de Swaan Arons, Hedzer van der Kooi, Krishnan Sankaranarayanan,CRC, 2004
Progettare per lAmbiente, B.Ruggeri e A.Robasto, Ranieri Editore, 2002
Wasteless Chemical Processing, V.V. Kafarov, Mir Publ., 1982
Industrial Metabolism, the Environment and Application of Material-Balance Principles for Selected Chemicals¿ by R.U.Ayres et al. IIASA Ed., 1989
Industrial Ecology T.E.Gradel and B.R.Allenby, Prentice Hall, 1995
In presenza
On site
Presentazione orale
Oral presentation
P.D.1-1 - Dicembre
P.D.1-1 - December