Ateneo - UPO

Il corso affronta i temi chiave della chimica industriale sostenibile e della transizione ecologica nei processi produttivi. Il programma si articola nei seguenti 4 moduli tematici:

1. Principi e Metriche di Green Chemistry: evoluzione dal concetto di sostenibilità allo scale-up industriale; metriche massiche ed energetiche, profili di rischio EHS e introduzione alla metodologia Life Cycle Assessment.

2. Transizione dai Feedstock Fossili alle Biomasse: confronto tra risorse fossili e rinnovabili, valorizzazione della lignocellulosa; architettura di una bioraffineria integrata; sintesi di platform chemicals.

3. Anidride Carbonica come Feedstock e Vettori Energetici: tecnologie di cattura e utilizzo della CO2 ; aspetti termodinamici e sintesi chimiche (urea, carbonati, metanolo); integrazione con idrogeno verde e processi Power-to-X (Sabatier, RWGS, Fischer-Tropsch).

4. Processi Industriali Sostenibili ed Economia Circolare: case studies di redesign industriale (es. ibuprofene, adiponitrile); valutazione della fattibilità industriale mediante TRL (Technology Readiness Level) e cenni di Analisi Economico-Tecnica (TEA).

- Fondamenti di Chimica Industriale, F. Cavani, G. Centi, M. Di Serio, I. Rossetti, A. Salvini, G. Strukul Zanichelli 2022 - Sustainable Industrial Chemistry: Principles, Tools and Industrial Examples, F.Cavani, G.Centi ,S.Perathoner and F.Trifiró Eds:Wiley-VCH, 2009. Materiale fornito dal docente

Il corso si propone di fornire alle studentesse e agli studenti le competenze teorico-pratiche e la capacità critica per valutare, progettare e ottimizzare processi chimici industriali in un'ottica di sostenibilità ambientale ed efficienza risorsa-energetica.

Chimica Organica I
Chimica Fisica I

Lezioni frontali, esercitazioni e discussioni collegiali in aula.

Durante il corso, al termine di ogni argomento fondamentale, le studentesse e gli studenti saranno collegialmente coinvolti nella discussione di esempi tratti dalla letteratura scientifica.

_Le studentesse e gli studenti con disabilità o con Disturbi Specifici
dell’Apprendimento (DSA) o con Bisogni Educativi Speciali (BES) possono
richiedere servizi e strumenti specifici a loro dedicati rivolgendosi allo
Staff Sviluppo e Coordinamento Carriere e Servizi alle Studentesse e agli
Studenti e consultando la pagina dedicata del sito di Ateneo:
__https://uniupo.it/it/servizi/servizi-studentidisabili-e-dsa_

_Le studentesse e gli studenti con disabilità, DSA, BES, una volta preso
contatto con lo Staff di Ateneo, possono contattare la/il docente titolare
dell'insegnamento in relazione alla declinazione delle modalità di esame,
in merito agli aspetti didattici._

La verifica dell'apprendimento è finalizzata ad accertare il conseguimento degli obiettivi formativi e la capacità di analisi critica dello studente.
La valutazione si compone di due parti:
1. Project Work
Svolto in piccoli gruppi (max 3 studenti) o individualmente. Consiste nell'analisi critica di un articolo scientifico recente o di un brevetto relativo a un processo chimico sostenibile. Gli studenti dovranno presentare una relazione orale (supportata da diapositive) in cui presentano e analizzano il testo fornito.
2. Colloquio Orale Finale
La presentazione sarà seguita da una prova orale individuale mirata a verificare la conoscenza dei contenuti del corso e la capacità di correlare i contenuti dei diversi moduli.

La valutazione finale terrà conto dei seguenti criteri:

Conoscenza dei contenuti e rigore scientifico: Padronanza dei principi teorici, dei processi industriali e delle metodologie analitiche (LCA, metriche massiche ed energetiche).
Capacità critica ed espositiva: Abilità nel riconoscere criticamente le criticità di un processo chimico, distinguendo le reali innovazioni tecnologiche da fenomeni di greenwashing.
Proprietà di linguaggio: Utilizzo corretto e appropriato del lessico chimico, ingegneristico e industriale.

La ripartizione dei voti sarà la seguente:
30 - 30 e Lode Eccellente padronanza dei concetti, spiccata capacità critica, esposizione impeccabile con rigore tecnico ed elaborazione brillante del Project Work.
27 - 29 Ottima conoscenza dei contenuti, capacità di analisi autonoma ben sviluppata e presentazione del progetto chiara e ben argomentata.
24 - 26 Buona conoscenza degli argomenti, corretta applicazione delle metriche di sostenibilità, con qualche limitazione nell'analisi critica o nel rigore espositivo.
21 - 23 Conoscenza discreta ma prevalente di tipo mnemonico, limitata capacità di correlazione tra i diversi moduli del corso.
18 - 20 Conoscenza minima e limitata ai concetti fondamentali, sufficiente a superare la prova ma con lacune nella trattazione quantitativa e critica.
< 18 (Insufficiente) Gravi lacune nei concetti chiave del corso, incapacità di impostare l'analisi di un processo o di calcolare le metriche fondamentali.

Modulo 1: Principi generali, Metriche di Sostenibilità e Cenni di analisi LCA
- Introduzione ed evoluzione del concetto di Sostenibilità: Dalla Chimica Verde alla Chimica Industriale Sostenibile. I 12 principi riletti nell'ottica dello scale-up industriale.
- Metriche quantitative di Sostenibilità: Metriche massiche: Atom Economy, E-factor, Process Mass Intensity (PMI), Reaction Mass Efficiency (RME). Metriche energetiche, schede e profili di rischio EHS (Environment, Health, Safety). Esercitazione numerica: calcolo comparativo delle metriche su sintesi tradizionali vs. vie alternative sostenibili.
- Cenni di Life Cycle Assessment (LCA): La normativa ISO 14040/14044. Definizione dell'obiettivo e del campo di applicazione (Goal & Scope), Analisi di Inventario (LCI), Valutazione degli Impatti (LCIA) e Interpretazione. Applicazione della metodologia LCA a processi chimici: confini del sistema (Cradle-to-Gate vs Cradle-to-Grave), unità funzionale ed allocazione degli impatti.

Modulo 2: Transizione dai Feedstock Fossili alle Biomasse e Bioraffinerie
- Materie prime per l'industria chimica: Panorama attuale: risorse fossili (petrolio, gas naturale, carbone) ed emissioni associate. Risorse rinnovabili: classificazione delle biomasse (I, II e III generazione). Rischi legati alla competizione con la filiera alimentare.
- Chimica e valorizzazione delle Biomasse di II Generazione:Struttura e frazionamento della lignocellulosa: cellulosa, emicellulosa e lignina.Processi chimici e catalitici di depolimerizzazione e funzionalizzazione.
- Concetto di Bioraffineria:Architettura di una bioraffineria integrata.Platform chemicals da biomasse: sintesi e applicazioni di 5-HMF, acido levulinico, furfurolo, FDCA, acido succinico e glicerolo.
- Produzione di bio-fuels (bio-etanolo, biodiesel, SAF - Sustainable Aviation Fuels).

Modulo 3: Anidride Carbonica come Feedstock e Vettori Energetici
- Cattura e Utilizzo della CO2 (CCU):Tecnologie di cattura (assorbimento amminico, adsorbimento, membrane).Aspetti termodinamici e cinetici della funzionalizzazione della CO2 (Delta G > 0, necessità di reagenti ad alta energia).
- Processi di conversione chimica della CO2 : sintesi di urea, carbonati organici, acido formico e metanolo.
- Integrazione con l'Idrogeno "Verde" e Power-to-X:Tecnologie di elettrolisi dell'acqua (Alcalina, PEM, Cella ad Ossidi Solidi).
- Processi Power-to-Liquids e Power-to-Gas: reazione di Sabatier, Reverse Water-Gas Shift (RWGS) e sintesi Fischer-Tropsch per e-fuels.
- Cenni sulle tecnologie emergenti: elettrocatalisi e fotocatalisi per la riduzione della CO2.

Modulo 4: Processi Industriali Sostenibili, Economia Circolare e Scale-up
- Case Studies di Redesign Industriale: Analisi dettagliata di processi industriali storici riconvertiti in chiave green (es. sintesi dell'Ibuprofene, produzione di Adiponitrile, sintesi del Policarbonato senza fosgene).
- Fattibilità Industriale: Concetti di TRL (Technology Readiness Level) applicati alla chimica, e cenni di Analisi Economico-Tecnica (TEA: CAPEX, OPEX, costo della materia prima).

Al termine del corso lo studente sarà in grado di:

Conoscenza e comprensione:
Comprendere le dinamiche di transizione dalle materie prime fossili a quelle rinnovabili; padroneggiare i principi della Green Chemistry, le metriche quantitative e la metodologia LCA (Life Cycle Assessment).

Capacità di applicare conoscenza:
Calcolare le metriche di sostenibilità per reazioni e processi complessi; identificare i colli di bottiglia energetici e termodinamici nella valorizzazione di biomasse e CO2.

Autonomia di giudizio:
Analizzare criticamente report industriali e articoli scientifici su processi "green", identificando eventuali fenomeni di greenwashing e valutando la reale fattibilità di scale-up (TRL).

Abilità comunicative:
Esporre con rigore scientifico e linguaggio tecnico adeguato analisi quantitative sull'impatto ambientale e tecnologico di un processo industriale.