CHIMICA PER L'ENERGIA
Anno accademico 2026/2027 - Docente: ROBERTO FIORENZARisultati di apprendimento attesi
Il corso intende fornire agli studenti le conoscenze riguardanti le diverse tecnologie chimiche per la produzione di energia, con particolare riguardo a quelle che coinvolgono le materie prime fossili (petrolio, gas naturale, carbone) e rinnovabili, mediante processi termochimici, biochimici e fotochimici. Saranno anche forniti cenni sulla produzione di energia attraverso le tecnologie solare e nucleare (dalla prima alla quarta generazione) e sui processi catalitici innovati per la produzione di solar fuels. Particolare risalto sarà dato alle problematiche ambientali (impatto sulle emissioni), economiche e geopolitiche connesse alla produzione di energia sfruttando le diverse tecnologie a disposizione.
In particolare:
a) Descrittore di Dublino 1: conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding): il corso si propone di far conoscere i concetti di base relativi ai fenomeni chimici per la produzione di energia.
b) Descrittore di Dublino 2: capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding), il corso si propone di sviluppare la capacità di applicare le conoscenze chimiche nel contesto della produzione di energia.
c) Descrittore di Dublino 3: capacità critiche e di giudizio (making judgements): il corso si propone di fornire gli strumenti per stimare l'importanza del chimismo delle materie prime e delle fonti energetiche . Lo sviluppo di tali abilità è promosso da esercitizazioni in aule e dal continuo coinvolgimento degli studenti durante le lezioni.
d) Descrittore di Dublino 4: capacità di comunicare quanto si è appreso: (communication skills): il corso si propone di sviluppare e/o migliorare le capacità di esporre concetti scientifici con proprietà di linguaggio adeguate al contesto scientifico.
e) Descrittore di Dublino 5: capacità di proseguire lo studio in maniera autonoma successivamente al corso di studio (learning skills): il corso si propone di dotare lo studente di un metodo di studio pragmatico che lo aiuti a lavorare sia autonomamente che in gruppo .Inoltre sarà fornito tutto il materiale didattico in forma pdf o power point noncheè saranno indicati i testi o i capitoli di testi utili per la studio del corso.
Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA
A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali con 2 cfu di esercitazioni e/o dimostrazioni in aula o in laboratorio sugli argomenti trattati. Durante ogni lezione è lasciato spazio agli studenti per domande e commenti, in modo da favorire l'interazione docente-studente e studente-studente.
Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato in precedenza, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus
Prerequisiti richiesti
Frequenza lezioni
Contenuti del corso
1. Materie prime, fonti energetiche e sostenibilità
Materie prime energetiche. Fonti fossili e rinnovabili. Petrolio, gas naturale e carbone. Biomasse e valorizzazione energetica. Produzione e consumo dell'energia. Impatti ambientali dei processi energetici: cambiamento climatico, effetto serra, emissioni di CO₂, qualità dell'aria e piogge acide. Indicatori energetici e ambientali (EROEI, carbon footprint, Life Cycle Assessment). Materie prime critiche per la transizione energetica.
2. Fonti energetiche e transizione energetica
Energia solare, eolica, idroelettrica, geotermica e marina. Energia nucleare: fissione e prospettive della fusione. Mix energetico e decarbonizzazione. Strategie nazionali ed europee per la transizione energetica.
3. Economia dell'idrogeno
Proprietà dell'idrogeno e ruolo nella transizione energetica. Produzione di idrogeno (steam reforming, elettrolisi, processi foto- e termochimici). I colori dell'idrogeno. Tecnologie di stoccaggio e trasporto. Celle a combustibile e principali applicazioni.
4. CO₂ come materia prima e Solar Fuels
Cattura, utilizzo e stoccaggio della CO₂ (CCUS). Conversione della CO₂ in combustibili e prodotti chimici. Solar fuels ed e-fuels. Fotosintesi artificiale. Fotocatalisi, fototermocatalisi e processi fotoelettrochimici per la valorizzazione della CO₂.
5. Materiali e processi innovativi per la conversione dell'energia
Materiali avanzati per il fotovoltaico, semiconduttori e catalizzatori. Materiali nanostrutturati e multifunzionali. Processi innovativi per la conversione dell'energia: fotocatalisi, elettrocatalisi, sonocatalisi, plasma catalysis e microwave-assisted catalysis. Cenni all'impiego dell'intelligenza artificiale nella progettazione di nuovi materiali.
6. Accumulo dell'energia ed economia circolare
Sistemi di accumulo elettrochimico: batterie agli ioni di litio, sodio e batterie emergenti. Supercapacitori e sistemi di accumulo dell'idrogeno. Recupero delle materie prime critiche da batterie esauste. Economia circolare e riciclo dei materiali per applicazioni energetiche.
Testi di riferimento
Testi di riferimento
1. Appunti delle lezioni del docente
2. Fabrizio Cavani et al. - Fondamenti di Chimica industriale - Zanichelli (Ed. Aprile 2022)
3. Pierluigi Barbaro and Claudio Bianchini- Catalysis for Sustainable Energy Production
4. Articoli Scientifici di rilevanza internazionale
| Autore | Titolo | Editore | Anno | ISBN |
|---|---|---|---|---|
| Cavani, Centi, Di Serio, Rossetti, Salvini, Strukul | Fondamenti di chimica industriale | Zanichelli | 2022 | |
| P. Barbaro, C. Bianchini | Catalysis for Sustainable Energy production | Wiley | 2009 |
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Materie prime, fonti energetiche e sostenibilità | Appunti+ testo consigliato |
| 2 | Fonti energetiche e transizione energetica | Appunti+ testo consigliato |
| 3 | Economia dell'idrogeno | Appunti+ testo consigliato |
| 4 | CO₂ come materia prima e Solar Fuels | Appunti+ testo consigliato |
| 5 | Materiali e processi innovativi per la conversione dell'energia | Appunti+ testo consigliato |
| 6 | Accumulo dell'energia ed economia circolare | Appunti+ testo consigliato |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Esame orale con esercitazioni numeriche.
Non idoneo
La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le normative lo consentissero e le condizioni lo dovessero richiedere.