Finalità: il corso è finalizzato a fornire allo studente gli strumenti di analisi per la comprensione di sistemi complessi di produzione industriale al fine di sincronizzare le azioni antropologiche con quelle dei cicli naturali. L’analisi dei processi di produzione è finalizzata alla valutazione delle interazioni tra le azioni antropiche e l’ambiente al fine di individuare le azioni necessarie alle modifiche tecnologiche future. Saranno mostrate alcune tecniche progettuali atte a limitare l’uso della materia e dell’energia nei prodotti e beni, nei processi e nei servizi. Saranno forniti alcuni spunti metodologici necessari per l’uso di materia rinnovabile al posto di quella non rinnovabile. Particolare attenzione sarà dedicata alla transizione dell’attuale sistema di fornitura energetico verso uno di fornitura di servizi energetici. Al fine di porre in evidenza nuovi trend tecnologici, particolare enfasi sarà dato all’applicazione del principio di conservazione della materia sia nei prodotti sia nei processi all’uso dell’acqua e alla produzione di sostanze tossiche, e all’allocazione delle risorse mediante la valutazione dell’impronta ecologica.

Introduzione: Introduzione ai cicli ambientali: spazio ambientale, il principio dello stato stazionario, risorse rinnovabili e no. Capitalismo naturale: produttività delle risorse, biomimica, economia dei servizi e flussi, investimento nel capitale naturale, servizi ecologici. Impatto delle attività antropiche: approccio di Ehrlich & Holder e dell’impronta ecologica. Come lavora la biosfera: una prospettiva termodinamica.
Sostenibilità: Sostenibilità e sviluppo integrato: un’analisi critica. L’approccio al trilemma: la visione dello sviluppo integrato, un approccio sistemico. La dimensione economica. La dimensione politica. La dimensione sociale. L’ambiente in un Mondo sostenibile. L’educazione alla sostenibilità e alla progettazione: l’educazione ingegneristica, valori di sostenibilità, comportamenti individuali. Tecnologie basate su imput rinnovabili: il potenziale di rinnovabile per l’industria chimica e quella energetica. Indice di sostenibilità dei processi (ISP). Verso la scienza della sostenibilità: caos e complessità, linearità e non-linearità, incertezza nella conoscenza, analisi di rischio.
Metabolismo industriale: L’analogia tra la biologia e l’industria. Flusso di materia ed emissione di rifiuti. L’impatto dei rifiuti. Implicazioni per il metabolismo industriale: passato, presente e futuro. Applicazione del principio di conservazione della materia. L’evoluzione dei processi industriali. Un punto di vista ambientale nella regolarità dello sviluppo tecnologico.
Ecologia industriale: analisi storica nell’uso della materia e dell’energia. De materializzazione: il ruolo dei consumi di beni, eco-efficienza ed eco-servizio, servizi, prodotti e scarti. Il processo di de-carbonatazione delle fonti energetiche. L’efficienza energetica: energia nella produzione, energia incorporata ed energia per gli usi. L’uso dell’efficienza globale di sistema come strumento alternativo per il progetto.
Energia: L’energia e la produzione di benessere: una prospettiva storica. Fonti, produzione, trasporto e servizi energetici. Le catene di rifornimento e l’energia: un confronto tra le fonti fossile e l’energia solare. I servizi energetici: qual è il ruolo della tecnologia? Le basi scientifiche per la comprensione della relazione tra l’energia e l’economia. L’investimento energetico (EROI). Il picco del petrolio, l’EROI, gli investimenti e il nostro futuro finanziario.
Strategie per la progettazione per l’ambiente: Governi, leggi ed economia. I cicli e il budget: misura quantitativa di un cilclo ecologico, la scala dei tempi. Introduzione all’Analisi Ciclo Vita (LCA). Progetto per l’ambiente: selezione di materiali meno impattanti, scelta dei processi più puliti, massimizzare l’uso dell’acqua e dell’energia, progettazione per la minimizzazione dei rifiuti, responsabilità del produttore: economia di servizi e non di beni.

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 in the light of sustainability. 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.
CONTENTS
10 hs Introduction: Principles of environmental cycle: environmental space, the steady-state principle, renewable and no-renewable resources. Natural capital: resource productivity, biomimicry, service and flow economy, investing in natural capital, ecosystem service. Anthropologic activities impact: Ehrlich & Holder approach, footprint approach. How the biosphere works: a thermodynamics perspective.
10 hs Sustainability: Sustainability and Integrated Development: a critical analysis. A Three lemma approach: the vision of integrated development, a system approach. The economic dimension. The political dimension. The social dimension. Renewable-based technology: the potential of renewable as feedstock for chemistry and energy industries. The sustainable process index (SPI). Towards a sustainability science: chaos and complexity, linearity and no-linearity, uncertainty in our knowledge, risk analysis.
10 hs Industrial metabolism: The analogy between biology and industry. Mass flows and waste emissions. The impact of waste residuals. Implications for industrial metabolism: past, present and future. Application of material-balance principles. Evolution of industrial processes. Regularities in technological development an environmental view.
10 hs Industrial Ecology: historical trend of mater and energy uses. Dematerialization: the role of goods consumption, eco-efficiency and eco-service, services, products, and discards. The decarbonisation processes of energy sources. Energy efficiency: energy for the production, embedded energy end energy for uses. The use of global efficiency of a system as alternative tool for the design.
10 hs Energy: Energy and wealth production: an historical perspective. Sources, production, transportation and energy service. Energy and supply chains: fossil and solar comparison. Energy service: what is the role of energy technologies? The basic science needed to understand the relation of energy to economics. Energy return on investment (EROI). Peak oil, EROI, investment and our financial future.
10 hs Ecodesign strategies: Governments, laws and economics. Budget and cycles: quantitative measure of an ecology cycle, times scales. An introduction to Life Cycle Analysis. Design for the environment: select low impact materials, choose cleaner production processes, maximise energy and water efficiency, design for waste minimization, producer responsibility: a service economy instead of goods economy.

Suggested readings:
"Energy for a Sustainable World",Nicola Armaroli and Vincenzo Balzani, WILEY-VCH, 2011
"BioH2 & BioCH4 Through Anaerobic Digestion", Bernardo Ruggeri, Tonia Tommasi, Sara Sanfilippo, Springer, 2015
"Efficiency and Sustainability in the Energy and Chemical Industries", Jakob de Swaan Arons, Hedzer van der Kooi, Krishnan Sankaranarayanan,CRC, 2004
"Progettare per l’Ambiente", B. Ruggeri e A. Robasto, Ranieri Editore, 2002
"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
"Energy and the wealth of Nations" by 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

Written 30+1 "multiple-choice" questions.
Rules: mark corresponds to the number of exact answers