Ateneo - UPO

L’insegnamento si compone di due parti di cui una è la base teorico-metodologica dell’altra.

Fisica Tecnica Industriale per l’Energia
Termodinamica dei Sistemi Energetici. Primo Principio: Conservazione dell'energia, bilanci energetici e analisi dei flussi. Secondo Principio ed Entropia: Il concetto di Exergia (la qualità dell'energia). Perché il calore a bassa temperatura è meno "utile" dell'elettricità. Cicli Termodinamici: Analisi dei cicli ideali e reali (Rankine per il vapore, Brayton per il gas, Ciclo Combinato). Fisica della Conversione (I meccanismi fisici). Conversione Fotovoltaica: Effetto fotoelettrico, fisica dei semiconduttori e il limite di Shockley-Queisser (il limite teorico di efficienza di una cella solare). Conversione Eolica: Dinamica dei fluidi, la Legge di Betz (perché non possiamo estrarre più del 59.3% dell'energia dal vento) e teoria del disco attuatore. Conversione Elettrochimica: Fisica delle batterie e delle celle a combustibile (potenziali Redox e trasporto ionico). Trasmissione del Calore e della Materia. Conduzione, convezione e irraggiamento applicati agli scambiatori di calore e alla coibentazione degli edifici. Fisica dei fluidi nei condotti (trasporto di idrogeno vs metano: differenze di densità e viscosità). Fisica Nucleare: Fissione (stato dell'arte) e Fusione Nucleare (il futuro: confinamento magnetico, inerziale e bilancio energetico del plasma).

Energetica e impiantistica energetica
Il Contesto Globale. Decarbonizzazione: Analisi dei target net-zero e scenari IEA/IPCC. Oltre il fossile: Il concetto di "Energy Return on Investment" (EROI). Politiche energetiche: Il ruolo del Green Deal Europeo e dei mercati del carbonio (ETS). Tecnologie di Nuova Generazione Solare Avanzato: Celle solari a perovskite e fotovoltaico integrato negli edifici (BIPV). Eolico Offshore: Turbine galleggianti e integrazione con le infrastrutture marine. Geotermia di profondità: Sistemi EGS (Enhanced Geothermal Systems) e calore distrettuale. Energia dal mare: Moto ondoso e mareomotrice. Vettori Energetici e Accumulo. L’Economia dell’Idrogeno: Idrogeno verde (elettrolisi), stoccaggio e trasporto. Sistemi di Accumulo: Batterie a stato solido, batterie a flusso e accumulo termico ad alta temperatura. Bioenergie: Biocarburanti di terza generazione (da alghe) e biometano. Digitalizzazione e Smart Grids. Gestione della Rete: Micro-reti, intelligenza artificiale per il bilanciamento carico/generazione. Comunità Energetiche Rinnovabili (CER): Modelli peer-to-peer e blockchain per lo scambio di energia. Materiali Critici: Geopolitica delle terre rare e strategie di economia circolare (riciclo pannelli e batterie).

Dispense del docente

Fornire delle solide basi sui principi fisici delle varie forme di energia, in particolare rinnovabili e/o sostenibili a lungo termine. Lo studente dovrà essere in grado di comprendere il ruolo delle diverse forme di produzione di energia anche dal punto di vista socio-economico, in collegamento con altri insegnamenti quali “Temi della sostenibilità energetica” e “Fisica dell’energia”.
Lo studente dovrà essere in grado di comprendere a fondo la letteratura specializzata e di tenersi al passo con gli sviluppi tecnologici.

Fisica Generale I. Fisica Generale II. Struttura della Materia. Chimica. Analisi Matematica I. Analisi Matematica II.

Problem solving. Analisi sistemica.

Per ogni necessità didattica contattare i docenti.

Prova scritta strutturata in tre esercizi numerici relativi ai temi trattati. Durata 60 minuti.

L’insegnamento si compone di due parti di cui una è la base teorico-metodologica dell’altra.

Fisica Tecnica Industriale per l’Energia
Termodinamica dei Sistemi Energetici. Primo Principio: Conservazione dell'energia, bilanci energetici e analisi dei flussi. Secondo Principio ed Entropia: Il concetto di Exergia (la qualità dell'energia). Perché il calore a bassa temperatura è meno "utile" dell'elettricità. Cicli Termodinamici: Analisi dei cicli ideali e reali (Rankine per il vapore, Brayton per il gas, Ciclo Combinato). Fisica della Conversione (I meccanismi fisici). Conversione Fotovoltaica: Effetto fotoelettrico, fisica dei semiconduttori e il limite di Shockley-Queisser (il limite teorico di efficienza di una cella solare). Conversione Eolica: Dinamica dei fluidi, la Legge di Betz (perché non possiamo estrarre più del 59.3% dell'energia dal vento) e teoria del disco attuatore. Conversione Elettrochimica: Fisica delle batterie e delle celle a combustibile (potenziali Redox e trasporto ionico). Trasmissione del Calore e della Materia. Conduzione, convezione e irraggiamento applicati agli scambiatori di calore e alla coibentazione degli edifici. Fisica dei fluidi nei condotti (trasporto di idrogeno vs metano: differenze di densità e viscosità). Fisica Nucleare: Fissione (stato dell'arte) e Fusione Nucleare (il futuro: confinamento magnetico, inerziale e bilancio energetico del plasma).

Energetica e impiantistica energetica
Il Contesto Globale. Decarbonizzazione: Analisi dei target net-zero e scenari IEA/IPCC. Oltre il fossile: Il concetto di "Energy Return on Investment" (EROI). Politiche energetiche: Il ruolo del Green Deal Europeo e dei mercati del carbonio (ETS). Tecnologie di Nuova Generazione Solare Avanzato: Celle solari a perovskite e fotovoltaico integrato negli edifici (BIPV). Eolico Offshore: Turbine galleggianti e integrazione con le infrastrutture marine. Geotermia di profondità: Sistemi EGS (Enhanced Geothermal Systems) e calore distrettuale. Energia dal mare: Moto ondoso e mareomotrice. Vettori Energetici e Accumulo. L’Economia dell’Idrogeno: Idrogeno verde (elettrolisi), stoccaggio e trasporto. Sistemi di Accumulo: Batterie a stato solido, batterie a flusso e accumulo termico ad alta temperatura. Bioenergie: Biocarburanti di terza generazione (da alghe) e biometano. Digitalizzazione e Smart Grids. Gestione della Rete: Micro-reti, intelligenza artificiale per il bilanciamento carico/generazione. Comunità Energetiche Rinnovabili (CER): Modelli peer-to-peer e blockchain per lo scambio di energia. Materiali Critici: Geopolitica delle terre rare e strategie di economia circolare (riciclo pannelli e batterie).

Acquisizione dei principi della produzione di energia in modo rinnovabile e/o sostenibile. - Capacità di applicare conoscenza e comprensione: Saper valutare i meriti relativi delle varie forme di energia rinnovabili e/o sostenibili in diversi scenari, per utilizzi domestici, industriali e per i trasporti. Capacità di apprendimento: Acquisizione di una certa padronanza della letteratura sulle energie rinnovabili e sostenibili, in modo da poter espandere le proprie conoscenze a seguito dei progressi tecnologici futuri.