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Sostenibilità nell'industria chimica
01TZPXE, 01TZPMW
A.A. 2025/26
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Chimica E Dei Processi Sostenibili - Torino
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 59 |
| Esercitazioni in aula | 21 |
| Tutoraggio | 20 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Pipitone Giuseppe | Ricercatore L240/10 | ICHI-02/B | 18 | 9 | 0 | 0 | 1 |
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari | ING-IND/27 | 8 | B - Caratterizzanti | Ingegneria chimica |
|---|
2025/26
L’insegnamento è concepito per fornire agli studenti le conoscenze teoriche, gli strumenti analitici e le competenze pratiche necessari per affrontare in modo critico e quantitativo le sfide legate alla sostenibilità dell’industria chimica e di processo. In un contesto industriale in continua evoluzione, orientato alla decarbonizzazione e alla transizione energetica, diventa fondamentale comprendere come i processi produttivi possano essere ripensati per ridurre l’impatto ambientale, migliorare l’efficienza energetica e valorizzare le risorse rinnovabili. Il corso mira, dunque, a sviluppare la consapevolezza dei futuri ingegneri e tecnologi rispetto al ruolo strategico che l’industria chimica può (e deve) giocare nel raggiungimento degli obiettivi di sviluppo sostenibile.
Il percorso formativo si articola su due assi principali. In primo luogo, lo sviluppo di un approccio critico, con applicazioni pratiche, alle tematiche inerenti al cambio di paradigma richiesto all’industria di processo. A questo fine, l’insegnamento prevede attività applicative ed esercitazioni in cui gli studenti metteranno in pratica gli strumenti teorici attraverso l’analisi di casi studio reali. Verranno trattati esempi relativi a diversi ambiti industriali (ad esempio biocombustibili, bioplastiche, trattamento acque), per evidenziare come le scelte tecnologiche influenzino gli impatti ambientali ed energetici complessivi. Sarà inoltre stimolata la discussione critica sulle sfide attuali e future della sostenibilità industriale, come la gestione del fine vita, il bilancio tra prestazioni tecniche ed ambientali, e la coerenza tra strategie aziendali e obiettivi climatici globali. Verranno introdotti i metodi per valutare gli impatti ambientali associati all’intero ciclo di vita dei prodotti e dei processi industriali, con particolare riferimento alla metodologia del Life Cycle Assessment (LCA). Si analizzeranno anche le performance energetiche dei processi tramite l’utilizzo di indicatori quantitativi quali il Energy Return on Investment (EROI) e il Energy Payback Time (EPT), sviluppando un approccio comparativo tra opzioni tecnologiche alternative. In secondo luogo, l’insegnamento esplorerà tecnologie emergenti per la produzione di energia e materiali in ottica sostenibile, includendo, tra gli altri, i sistemi di bioraffineria, i processi per la sostituzione delle materie prime fossili con risorse rinnovabili (biomasse, CO₂, ecc.), le metodologie applicate per la riduzione dei consumi energetici (pinch analysis), la semplificazione dei cicli produttivi e l’ottimizzazione delle utilities.
The course is designed to provide students with theoretical knowledge, analytical tools, and practical skills needed to critically and quantitatively address the challenges related to the sustainability of the chemical and process industries. In an industrial context that is rapidly evolving towards decarbonization and energy transition, it is essential to understand how production processes can be reimagined to reduce environmental impact, improve energy efficiency, and valorize renewable resources. The course therefore aims to raise awareness among future engineers and technologists of the strategic role that the chemical industry can (and must) play in achieving sustainable development goals.
The educational path is structured around two main pillars. On one hand, developing a critical approach, supported by practical applications, to the paradigm shift required in the process industry.
To this end, the course includes applied activities and exercises in which students will implement theoretical tools through the analysis of real case studies. Examples will cover a range of industrial sectors (e.g., biofuels, bioplastics, water treatment) to highlight how technological choices affect overall environmental and energy performance. Students will also be encouraged to engage in critical discussions on current and future challenges in industrial sustainability, such as end-of-life management, the trade-off between technical and environmental performance, and the alignment between corporate strategies and global climate goals. The course will introduce methodologies for assessing environmental impacts across the full life cycle of products and industrial processes, with a particular focus on Life Cycle Assessment (LCA). Energy performance will be evaluated using quantitative indicators such as the Energy Return on Investment (EROI) and Energy Payback Time (EPT), fostering a comparative approach among alternative technological options. On the other hand, the course will focus on the exploration of emerging technologies for the sustainable production of energy and materials. Among others, the course will refer to biorefinery systems and their configurations, processes for the replacement of fossil feedstocks with renewable resources (biomass, CO₂, etc.), methodologies for energy consumption reduction (e.g., pinch analysis), simplification of production cycles, and optimization of utilities and auxiliary services.
L’obiettivo dell’insegnamento è preparare gli studenti a comprendere in maniera approfondita i molteplici aspetti legati alla sostenibilità e ad applicare le conoscenze acquisite per analizzare e definire le caratteristiche di nuovi approcci tecnologici. In particolare, al termine del corso, lo studente sarà in grado di: comprendere come le attività industriali si integrino e interagiscano con i processi naturali, identificando le criticità e le opportunità di mitigazione; valutare la sostenibilità energetica, applicando opportune metodologie e indicatori (quali EROI ed EPT) per condurre un’analisi quantitativa; utilizzare un approccio sistemico per l’analisi dei processi e dei prodotti, seguendo i principi di LCA; definire nuove soluzioni tecnologiche, traducendo l’analisi critica e quantitativa in proposte concrete per la modifica e l’ottimizzazione delle tecnologie di produzione.
The aim of the course is to prepare students to understand the many aspects linked to sustainability and to use the knowledge provided, to analyze and define the characteristics of new approach to modify technologies to produce goods and services to move towards sustainability. At the end of the course the student will be asked to have acquired the basic knowledge to face problems related to: - interactions between natural cycles and anthropic activity - assessment of how to perform an energy sustainability analysis - knowledge of the principles of the systemic approach for process sustainability analysis: Life Cycle Analysis (LCA).
Conoscenza dei fondamenti delle operazioni unitarie dell’industria chimica. Padronanza della termodinamica in particolare di quella chimica. Padronanza dell’apparecchiatura dell’industria chimica. Conoscenza dei principi del calcolo numerico. Conoscenza dei processi chimici per le produzioni di base e della chimica fine.
Knowledge of the fundamentals of unit operations of chemical industry. Mastery of thermodynamics in particular of chemical thermodynamics. Mastery of chemical plant design. Knowledge of the principles of numerical calculation. Knowledge of chemical processes for basic productions and fine chemistry.
Principi di sostenibilità applicati all’industria chimica e di processo; trend sul fabbisogno energetico e materiale del futuro; principi della green chemistry; metodologie per l’analisi di sostenibilità energetica e indicatori energetici (EROI, EPT), fondamenti di Life Cycle Assessment (LCA); applicazioni del LCA a prodotti e processi chimici; produzione di biocombustibili; riciclo meccanico/chimico della plastica; fondamenti delle bioplastiche; metodologie per la riduzione dei consumi energetici (es. Pinch Analysis); eco-design e semplificazione dei cicli produttivi; sistemi di bioraffineria: struttura, funzione e potenzialità; panoramica tecnica e quantitativa sulle principali fonti rinnovabili di energia energia eolica/solare/fotovoltaico; elettrificazione e stoccaggio chimico; sistemi di cattura, stoccaggio e utilizzo della CO2; applicazioni pratiche ed esercitazioni su strumenti di valutazione energetica e ambientale; gassificazione di biomasse
Principles of sustainability of process: revision of I and II principles of thermodynamics; quality of energy; energy consumption and lost work; entropy generation: causes and effects; analysis of energy conversion: from sources to final energy services; the principles of matter conservation; renewable and non-renewable resources and matter; kinetic models of matter consumption in open and close systems; ecological footprint of products and processes: principles and technical evaluation. Analysis of complex anthropogenic cycles: global mass balances of anthropogenic activities: the production of ammonium and fertilizers; the production of sulphuric acid; the chemistry of chlorine and the use of its derivatives in production systems; the tree of petro-chemical and plastic materials; the analysis of paper and glass production processes; from metals to final goods and the production of other relevant assembled goods. Analysis of biotechnological production processes: the carbon cycles (biological, cellulosic and fossil) and carbon sources as feedstocks in the new context of bio-refineries; the use of biotechnological processes to couple anthropogenic activities and natural cycles; the transition towards a bio-based economy, environmental biotechnology for chemicals energy production and remediation processes.
Industrial Ecology: historical trend of matter and energy uses, the decarbonization processes of energy sources; energy efficiency: energy for the production, intrinsic energy and energy for final uses; the use of global efficiency of a system as alternative tool for design; the global efficiency and its relevance in the use of the matter; from resources to final products of services; services, products, and wastes ; the design of de-assembling and reuse. General theory of productive systems: founds, natural capital, flows; evaluation of obscured and external consumptions for a given process; steady-state theory: thermodynamic and economic variables; principles of feedback and the evolution of industrial production. Principles of environmental benchmarking: the developing of eco-efficiency indicators as guidelines for the modification of productions lines. Energy sustainability: resources and reserves, technologies and services; the new energy paradigm: proximity, adequacy and vitality; energy forms: direct, indirect, embedded; energy criteria for the selection of most adequate technology: ESI (Energy Sustainability Index), EROI (Energy Return On Invested), EPT (Energy Payback Time). Matter sustainability: limitations, reuse, recycle; DE (Design for the Environment): design for reuse, design for recycling, design for degradability, design avoiding hazardous material; ecoefficiency and ecoservice. System approach: environmental sustainability: LCA (Life Cycle Analysis): goals and scope, inventory, impact assessment, interpretation; matrix based LCA; Software based LCA; proxy indicator: embedded energy, material input per unit product/service, eco-footprints, eco-indicator; combination of different indexes by fuzzy logic.
L'insegnamento prevede lezioni ed esercitazioni in aula, particolare attenzione verrà data all'uso di software per eseguire analisi LCA.
The course includes lectures and exercises in the classroom.
- "Energy for a Sustainable World", Nicola Armaroli and Vincenzo Balzani, WILEY-VCH, 2011
- "Efficiency and Sustainability in the Energy and Chemical Industries ", Jakob de Swaan Arons, Hedzer van der Kooi, Krishnan Sankaranarayanan, CRC, 2004
- "Designing for the Environment ", B. Ruggeri and A. Robasto, Ranieri Editore, 2002
- "Industrial Ecology" T.E.Gradel and B.R.Allenby, Prentice Hall, 1995
- "Energy and the wealth of Nations", C.A.S.Hall and Kent A.Klitgaard. Springer, 2012
- "Life Cycle Assessment of Renewable Energy Sources" A.Singh, D.Pant and S.I.Olsen Editors, 2013
Verranno inoltre forniti: materiale utilizzato in classe e studi approfonditi su argomenti specifici trattati a lezione.
- "Energy for a Sustainable World", Nicola Armaroli and Vincenzo Balzani, WILEY-VCH, 2011
- "Efficiency and Sustainability in the Energy and Chemical Industries ", Jakob de Swaan Arons, Hedzer van der Kooi, Krishnan Sankaranarayanan, CRC, 2004
- "Designing for the Environment ", B. Ruggeri and A. Robasto, Ranieri Editore, 2002
- "Industrial Ecology" T.E.Gradel and B.R.Allenby, Prentice Hall, 1995
- "Energy and the wealth of Nations", C.A.S.Hall and Kent A.Klitgaard. Springer, 2012
- "Life Cycle Assessment of Renewable Energy Sources" A.Singh, D.Pant and S.I.Olsen Editors, 2013
Will also be provided: both materials used in the classroom and in-depth study on specific topics covered in class.
Slides; Dispense;
Lecture slides; Lecture notes;
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;
Exam: Compulsory oral exam;
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L’esame è volto ad accertare la conoscenza degli argomenti elencati nel programma ufficiale del corso e la capacità di applicare le conoscenze acquisite nell'analisi della sostenibilità energetica ed ambientale di impianti e processi.
L'esame consiste preliminarmente nello sviluppo di un progetto di gruppo; la tematica affrontata e la formazione del gruppo sono oggetto di scelte del pool dei docenti durante il corso. La realizzazione del progetto è finalizzata ad applicare e sviluppare i concetti acquisiti nel corso al fine di prenderne consapevolezza, utilizzando i software di LCA e di ottimizzazione energetica, sviluppando un argomento di interesse della processistica chimica (e analizzandone la sostenibilità) e proponendo una soluzione tecnologica innovativa e sostenibile.
Il progetto sarà poi presentato mediante una relazione tecnica scritta e una presentazione orale, mediante supporto di slides, dai membri del gruppo. La relazione sarà consegnata a fronte di scadenze stabilite dai docenti. Il progetto riceve una valutazione valida per l’intero team, ma il successivo colloquio è individuale per ogni membro del gruppo e il voto finale è una media tra la valutazione comune del progetto e quella del colloquio orale, che dà luogo ad una valutazione per il singolo.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Compulsory oral exam;
The exam is aimed at ascertaining the knowledge of the topics listed in the official program of the course and the ability to apply the knowledge acquired in the analysis of energy and environmental sustainability of plants and processes. The exam consists of one or two questions of a theoretical or applicative nature on a particular specific case. The evaluation is xpressed in thirtieths and the exam is passed if the mark given is at least 18/30. The exam aims to verify the above competences (see expected learning outcomes); during the examination it is not possible to exclude the setting of a calculation exercise that requires the need to make operational choices for its resolution. The duration of the test is approximately 1 hour.
If it is not possible to do the face - to - face exam, it will be carried out remotely in the manner described in the DR n. 271 of February 28, 2020.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.