ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| CHIMICA PER LO SVILUPPO SOSTENIBILE | CHIM/04 | LEZIONI | 72 |
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Il corso raccoglie un modo unificante ed amplia gli argomenti ed i problemi, già in parte toccati in insegnamenti precedenti, riconducibili ai concetti di sostenibilità applicati alle produzioni chimiche, ai cicli di vita dei materiali, alle tecnologie innovative miranti ad una migliore sostenibilità dei processi produttivi e dei prodotti, all'impiego delle risorse ed alla gestione dei processi industriali con particolare riferimento alle problematiche legate alla produzione e gestione degli scarti, alle risorse rinnovabili, al riciclo, all'impatto di prodotti e processi sull'ambiente e sulla salute.
The student will complete che course with a broad understanding of both direct and indirect environmental implications of the various stages of a chemical production and of the following life cycle of the product, from the exploitation of natural resources to the final disposal/recycling. He will be able to apply a correct methodology to identify and quantitatively evaluate the critical points of a chemical production process or of a product life cycle, using both the classical "green chemistry" indicators and the parametrization for the relevant environmental, economic and social issues. He/she will have a solid knowledge of both conventional and innovative energy production, conversion and storage technologies, being capable of critically evaluate their positive and negative implications. A last asset will be the knowledge of the state of the art and future trends of the intertwined energy production and chemical industry based on renewable resources.
The student is expected not only to demonstrate a thorough knowledge of the given general topic he/she is discussing, but also to pinpoint the critical features that may or may not support the qualification of a process, product, material or technology as being sustainable. For the evaluation by conventional oral exam the student should be able to identify the main features of a process, product, material or technology that must be considered and quantitatively evaluated to determine its competitiveness in terms of environmental, economic and social impact. For the evaluation based on a personal in-depth analysis on a specific topic the student is expected to present, with the aid of ICT tools, possibly quantitative in addition to qualitative data supporting the statement of improved sustainability. For this purpose, knowledge of the LCA methodology, scope and limitation is also expected.
Methods:
Further information:
The student has an option of either a undergoing a conventional oral exam (which will cover two topics, one of which chosen by the examinator) or a mixed evaluation consisting in an oral exam (50 % score) and in the presentation and discussion of the results of a personal in-depth analysis focused on a subject, related to the course program, agreed upon with the examinator.
Al completamento del corso lo studente dovrà essere in grado di analizzare e affrontare con strumenti appropriati, anche di tipo quantitativo, le problematiche relative alle diverse fasi del ciclo di vita di un materiale, dalla scelta delle materie prime (risorse) alle fasi di trasformazione (vie sintetiche e scale up di processo) nel materiale o prodotto d'uso al fine vita ed eventuale riciclo. Conoscerà e sarà in grado di valutare criticamente il significato e l'efficacia di strumenti metodologici come la valutazione del ciclo di vita (LCA), le metriche chimiche e gli indicatori di impatto. con una apertura verso approcci alternativi e/o innovativi che tengano conto degli aspetti energetici, di disponibilità delle risorse, di nuovi materiali e tecnologie di processo, di bilancio costo/beneficio in un'ottica di sostenibilità complessiva. Avrà acquisito le conoscenze di base ed una capacità di valutazione critica relativamente agli sviluppi più recenti dell'industria chimica, sempre più orientati all'impiego di biomasse ed alla loro valorizzazione sia energetica che come materia prima per una nuova chimica di base e per nuovi materiali.
Le lezioni si svolgono in forma di presentazioni del docente supportate da proiezioni PowerPoint.
Delivery: face to face
Learning activities:
Attendance: Advised
Teaching methods:
Il corso si propone di fornire una panoramica approfondita sulle problematiche relative al consumo delle risorse ed alla contaminazione ambientale nel ciclo produttivo e di vita utile di prodotti chimici e materiali, e di presentare alcuni dei principali approcci per una chimica sostenibile, soprattutto a partire da risorse rinnovabili.
Il programma comprende una serie di argomenti raggruppabili in 5 macrotematiche:
1) Chimica verde e metriche chimiche.
2) Tecnologie innovative di prodotto e processo, finalizzate alla riduzione del consumo di risorse e della produzione di scarti, con un approccio alla intensificazione di processo
3) Ciclo di vita dei materiali: metodologie di valutazione quantitativa della sostenibilita', gestione dei rifiuti, riciclo dei materiali (in particolare delle materie plastiche)
4) Fonti energetiche e tecnologie per la conversione della energia
5) Biomasse come fonti di energia rinnovabile e materie prime di bioraffineria per la produzione di carburanti e per una nuova chimica di base e degli intermedi.
Verranno illustrati, anche con esempi specifici, i criteri per la riprogettazione o realizzazione ex-novo sia di processi chimici che di materiali basati su risorse rinnovabili e/o su tecnologie in grado di influire sul miglioramento di prestazioni, rese e impatti ambientali. L'approccio olistico alle problematiche industriali verra' associato ai concetti ed alle procedure LCA (Life Cycle Assessment). Le tecnologie, i materiali ed i dispositivi per la generazione, l'immagazzinamento e la conversione di energia da fonti rinnovabili saranno presentati e discussi alla luce delle piu' recenti innovazioni. Allo stesso modo gli sviluppi piu' recenti verso un nuovo sistema integrato di bioraffineria saranno presentati e discussi col supporto di casi di studio specifici.
The course is divided in three main sections. 1) A comprehensive approach to sustainable chemical process, products and materials, including the classical "green chemistry” rules for the design and quantitative evaluation of new synthetic schemes, new solvents and new ways to activate chemical reactions, as well as the definition and parametrisation of the key environmental, economic and social issues. 2) Energy production, conversion and storage based on the conventional oil economy versus the new technologies for energy production from renewable resources, efficient conversion and storage. 3) The life cycle concept and the options for its extension, including a general knowledge of the LCA methodology, the end-of-life options and the relevant technologies (solid waste treatment, energy recovery, polymer recycling), and the new developments towards a “green economy” involving the conversion of the chemical and energy production industry into a new one based on renewable resources.
Slides presentate a lezione disponibili in formato pdf nella cartella "documenti" della piattaforma TEAMS (che potrà eventualmente comprendere le registrazioni delle lezioni, se effettuate in relazione alle modalità di erogazione mista in presenza e in remoto) e sul portale Moodle (non aggiornato).
Testi di consultazione disponibili in biblioteca:
1) F. Cavani, G. Centi, S. Perathoner, F. Trifiro´ (Ed.), Sustainable Industrial Chemistry, Wiley (2009).
2) A. Lapkin, D. Constable (Editors), Green Chemistry Metrics: Measuring and Monitoring Sustainable Processes, Wiley-Blackwell (2008)
3) M. Lancaster, Green Chemistry: An Introductory Text - 2nd Edition, The Royal Society of Chemistry, 20101)
Presso il docente (V. Castelvetro) sono inoltre disponibili per consultazione
i) David Plackett (Ed): "Biopolymers: New Materials for Sustainable Films and Coatings"
ii) A.Azapagic, A.Emsley, I.Hamerton : “Polymers: The Environment and Sustainable Development” , Wiley (2003).
iii) F.M. Kerton "Alternative Solvents for Green Chemistry" (copia cartacea)
iv) P.Tundo, A.Perosa, F.Zecchini: "Methods and Reagents for Green Chemistry: An Introduction"
The pdf files of the lectured presentations will be available in the e-learning (Moodle) and web conference (TEAMS) platforms.
Suggested, although not exhaustive, readings include the following reference books, in addition to the specific scientific literature highlighted during the classroom presentations and the presentation material made available to the students: 1) F. Cavani, G. Centi, S. Perathoner, F. Trifiro´…(Editori), Sustainable Industrial Chemistry, Wiley (2009). 2) A. Lapkin, D. Constable (Editors), Green Chemistry Metrics: Measuring and Monitoring Sustainable Processes, Wiley-Blackwell (2008). 3) M. Lancaster, Green Chemistry: An Introductory Text - 2nd Edition, The Royal Society of Chemistry, 2010. 4) David Plackett (Ed): "Biopolymers: New Materials for Sustainable Films and Coatings". (available from the course lecturer) 5) A.Azapagic, A.Emsley, I.Hamerton : “Polymers: The Environment and Sustainable Development” , Wiley (2003).(available from the course lecturer) 6) M. Lancaster “Green Chemistry: An Introductory Text” (available from the course lecturer) 7) F.M. Kerton "Alternative Solvents for Green Chemistry" (available from the course lecturer)
L'esame consiste in tre distinti test.
1) Una presentazione su Power Point riguardante un argomento di approfondimento concordato con il titolare del corso.
2)la scrittura di una review riguardante un argomento di ricerca reente. Istruzioni a tal riguardo dovrebbero trovarsi nell'archivio accessibile;
3) una prova orale basata su un colloquio, nel corso della quale vengono valutate le competenze acquisite complessivamente (quindi tipicamente potrebbero essere domande su argomenti specifici del programma).La prova orale, normalmente della durata di 30 minuti, è superata se il candidato, utilizzando le nozioni fornite durante il corso, è in grado di rispondere ai quesiti posti, generalmente riguardanti due argomenti di due diverse macro-tematiche delle tre oggetto del corso: a) processi ed impianti chimici con esempi relativi al downstrem petrolchimico; b) sintesi, caratterizzazione e proprietà di composti e materiali macromolecolari; c) bioraffineria e chimica da materie prime sostenibili.
Durante la prova orale potrà essere richiesto al candidato di svolgere alcune dimostrazioni relative ai modelli cinetici di processi di polimerizzazione, o rappresentare graficamente schemi semplificati di componenti di impianto o di processo industriale.
In considerazione delle variazioni nei contenuti che potranno essere apportate in successivi anni accademici, allo studente verranno richieste conoscenze e competenze relative al programma svolto nell'anno in cui ha effettivamente frequentato il corso (come attestato da fogli di frequenza), almeno fina agli ultimi tre anni accademici. Per studenti che abbiano frequentato in anni precedenti potrà invece essere richiesto il programma svolto nell'anno accademico corrente.
The final exam consists of two parts.
The first part is a presentation of a topic that had previously been agreed upon. which shall be based on an in-depth survey of the relevant recent scientific literature (some use of the SciFinder database mandatory although not exclusive) and/or other suitable available material (patents, data from reports of recognized national and international organizations, etc). The results of the study will be discussed over a Powerpoint presentation summarizing the outcome.
The second part will be an oral interrogation on a subject that generally will be selected within one of the "macro"-topics not included in the subject of the presentation.
