L'insegnamento è stato concepito per fornire agli studenti gli elementi chiave di analisi e strumenti pratici per la comprensione dei complessi sistemi di produzione chimica, considerando confini più ampi oltre le strutture industriali. Durante il corso verrà data importanza all'impatto delle attività antropogeniche e alla relazione tra cicli di produzione e consumo umani e cicli naturali presenti nel nostro pianeta, come i cicli del carbonio e dell'acqua. I principi della termodinamica saranno introdotti e utilizzati per analizzare la sostenibilità di sistemi di produzione complessi. L'analisi dei processi chimici sarà focalizzata sulla valutazione delle interazioni tra attività antropogeniche e ambiente per razionalizzare e proporre modifiche verso tecnologie d'avanguardia a minor impatto ambientale utilizzando meno materia ed energia. Verranno introdotte tecniche specifiche che mirano ad ottimizzare la quantità di materia ed energia negli impianti di produzione a partire dalla fase di progettazione, insieme alla minimizzazione delle fasi del processo e all'uso razionale delle utenze e dei servizi ausiliari. Inoltre, saranno forniti approcci metodologici utili per inquadrare la transizione verso l'uso di materiali rinnovabili anziché non rinnovabili e l'analisi di sostenibilità dei servizi energetici utilizzando diversi strumenti quali l' Indice di Sostenibilità Energetica (ESI), il Ritorno di Energia sull'Investimento Energetico (EROI) e il Tempo di Ritorno Energetico (EPT) come indicatori principali. Per le nuove tendenze tecnologiche, l'applicazione del principio di conservazione della materia sarà utilizzata per la determinazione dell'impronta ecologic dell’acqua e delle sostanze inquinanti, seguendo i criteri di allocazione delle risorse e la valutazione delle prestazioni ambientali complessive.

L'obiettivo dell' insegnamento è quello di preparare gli studenti nel comprendere i molti aspetti legati alla sostenibilità e utilizzare le conoscenze fornite, analizzare e definire le caratteristiche di nuovi approcci per modificare le tecnologie per la produzione di beni e servizi per progredire verso la sostenibilità. Al termine del corso verrà richiesto allo studente di acquisire le conoscenze di base per affrontare problemi relativi a: - interazioni tra cicli naturali e attività antropiche - valutazione di come eseguire un'analisi di sostenibilità energetica - conoscenza dei principi dell'approccio sistemico per analisi di sostenibilità dei processi e prodotti: Life Cycle Analysis (LCA).

Conoscenza dei fondamenti delle operazioni unitarie dell’industria chimica. Padronanza della termodinamica in particolare di quella chimica. Padronanza delle apparecchiatura dell’industria chimica. Conoscenza dei principi del calcolo numerico. Conoscenza dei processi chimici per le produzioni di base e della chimica fine.

Principi di sostenibilità dei processi: revisione del I e II principio della termodinamica; qualità dell'energia; consumo di energia e lavoro perso; generazione di entropia: cause ed effetti; analisi delle conversioni energeticche: dalle fonti ai servizi energetici finali; i principi di conservazione della materia; risorse e materie rinnovabili e non rinnovabili; modelli cinetici del consumo di materia in sistemi aperti e chiusi; impronta ecologica di prodotti e processi: principi e valutazioni. Analisi di cicli antropogenici complessi: bilanci di massa globali di attività antropogeniche: 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 petrolchimico e delle materie plastiche; l'analisi dei processi di produzione della carta e del vetro; dai metalli ai beni finali e alla produzione di altri beni assemblati rilevanti. Analisi dei processi di produzione biotecnologica: i cicli del carbonio (biologico, cellulosico e fossile) e le fonti di carbonio come materie prime nel nuovo paradigma delle bioraffinerie; l'uso di processi biotecnologici per accoppiare attività antropiche e cicli naturali; la transizione verso una bio economia, la biotecnologia ambientale per la produzione di energia chimica e i processi di bonifica. Ecologia industriale: andamento storico degli usi della materia e dell'energia, i processi di decarbonizzazione delle fonti energetiche; efficienza energetica: energia per la produzione, energia intrinseca ed energia per usi finali; l'uso dell'efficienza globale di un sistema come strumento alternativo per la progettazione; l'efficienza globale e la sua rilevanza nell'uso della materia; dalle risorse ai prodotti finali dei servizi; servizi, prodotti e rifiuti; la progettazione del disassemblaggio e del riutilizzo. Teoria generale dei sistemi produttivi: fondamenti, capitale naturale, flussi; valutazione dei consumi occulti ed esterni per un determinato processo; teoria dello stato stazionario: variabili termodinamiche ed economiche; principi di feedback e l'evoluzione della produzione industriale. Principi di benchmark ambientale: lo sviluppo di indicatori di eco-efficienza come linee guida per la modifica delle linee di produzione. Sostenibilità energetica: risorse e riserve, tecnologie e servizi; il nuovo paradigma energetico: prossimità, adeguatezza e vitalità; forme di energia: diretta, indiretta, incorporata; criteri energetici per la selezione di tecnologie energeticamente sostenibili: ESI (Energy Sustainability Index), EROI (Energy Return On Invested), EPT (Energy Payback Time). Sostenibilità della materia: limitazioni, riutilizzo, riciclaggio; DE (Design for the Environment): progettazione per il riutilizzo, progettazione per il riciclaggio, progettazione per la degradabilità, progettazione ad evitare materiali pericolosi; ecoefficienza ed ecoservizio. Approccio sistemico: sostenibilità ambientale: LCA (Life Cycle Analysis): obiettivi e scopo, inventario, valutazione dell'impatto, interpretazione; LCA basato su matrice; LCA basata su software; indicatore proxy: energia incorporata, input materiali per unità prodotto/servizio, eco-footprint, eco-indicatore; combinazione di diversi indici con logica fuzzy.

L'insegnamento prevede lezioni ed esercitazioni in aula.

- "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.

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

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 in una o due domande o di natura teorica o applicativa su un particolare specifico caso. La valutazione è espressa in trentesimi e l’esame è superato se la votazione riportata è di almeno 18/30. L’esame si pone l’obiettivo di verificare le competenze di cui sopra (cfr Risultati dell’apprendimento attesi); durante l'esame non è da escludere l'impostazione di un esercizio di calcolo che richiede la necessità di scelte operative per la sua risoluzione. La durata della prova è di circa 1 ora. L' esame verrà svolto in remoto con le modalità illustrate nel DR n. 271 del 28 febbraio 2020.

Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

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 in una o due domande o di natura teorica o applicativa su un particolare specifico caso. La valutazione è espressa in trentesimi e l’esame è superato se la votazione riportata è di almeno 18/30. L’esame si pone l’obiettivo di verificare le competenze di cui sopra (cfr Risultati dell’apprendimento attesi); durante l'esame non è da escludere l'impostazione di un esercizio di calcolo che richiede la necessità di scelte operative per la sua risoluzione. La durata della prova è di circa 1 ora. L' esame verrà svolto in remoto con le modalità illustrate nel DR n. 271 del 28 febbraio 2020.