Il corso è stato finalizzato a fornire allo studente gli elementi di analisi e gli strumenti per la comprensione di sistemi produttivi complessi al fine di sincronizzare le attività antropiche ai cicli naturali. Verranno introdotti e utilizzati i principi della termodinamica per l'analisi di sistemi di complessi industriali. L'analisi del processo è indirizzata alla valutazione delle interazioni tra le attività antropiche e l'ambiente per capire l'evoluzione verso le nuove tendenze tecnologiche. Verranno introdotte e utilizzate alcune specifiche tecniche di progettazione per la limitazione del consumo di materia ed energia in prodotti, processi e servizi; verranno 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 energetico (EROI). Inoltre, l'applicazione del principio di conservazione della materia sarà utilizzato per la determinazione del consumo idrico e delle sostanze tossiche nella produzione di prodotti e processi secondo criteri di allocazione delle risorse e di valutazione dell'impronta ambientale. Infine, verranno presentati gli effetti del cambiamento climatico sull'ambiente e sulla salute umana.

ingegneria, architettura, chimica, fisica, biotecnologia, economia

Introduzione: Principi di sistemi irreversibili; rivisitazione del I e II principio della termodinamica; consumi energetici 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 di materia in sistemi aperti e chiusi; impronta ecologica di prodotti e processi: principi e valutazione tecnica. Analisi dei cicli antropici complessi: bilancio di massa delle attività antropiche: la 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 prime 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 feed stream 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 della materia e dell'energia, i processi di decarbonizzazione delle fonti energetiche; efficienza energetica: energia per la produzione, energia intrinseca ed energia per usi; l'uso dell'efficienza globale di un sistema come strumento alternativo per la progettazione; l'efficienza globale nell'uso della materia; dalla produzione di manufatti alla produzione di servizi; servizi, prodotti e scarti; la progettazione per il disassemblaggio e il riutilizzo; fluido di processo: tecniche per limitare le quantità e riutilizzare. 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. Gli effetti sulla salute dei cambiamenti climatici. La prospettiva umana del cambiamento climatico; riscaldamento globale, inquinamento e qualità dell'aria; infezioni; nutrizione; migrazione; approcci di ricerca utilizzati in questo campo. Riferimenti: 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 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 Per approfondimenti: N. Georgescu-Roegen, The Entropy Law and the Economic Process, Harvard Univ. Press, 1971, 1999 Tim Jackson, Prosperità senza crescita, Ed Ambiente, 2011 Gael Giraud, Transizione Ecologica, emi edizioni, 2015 Richard Heinberg, The End of Growth, Clairview Book, 2011

Modalità mista

Presentazione orale

P.D.1-1 - Gennaio

L'insegnamento si terrà indicativamente ad aprile/maggio 2025