Obiettivi Formativi

Obiettivo del corso è quello di far acquisire agli studenti un’adeguata conoscenza e comprensione dei problemi associati alla produzione di carburanti e combustibili a minor impatto ambientale mediante tecniche di raffinazione e di trasformazione chimica (processi di cracking termico e catalitico, reforming catalitico, idrocracking, processi termici e catalitici per la trasformazione di residui); nonché fornire gli strumenti per la comprensione delle attuali tecnologie e dei principi di funzionamento dei dispositivi per accumulo di energia termica ed elettrica per applicazioni mobili e fisse; far sviluppare la capacità di applicare in maniera autonoma le nozioni teoriche acquisite, per impostare, analizzare e risolvere problemi attinenti i settori dell’ingegneria meccanica e saper effettuare scelte progettuali autonome inerenti allo sviluppo delle diverse tecnologie e processi proposti. Alla fine del corso gli studenti avranno familiarità con i principi dell’innovazione tecnologica dei diversi processi industriali e prodotti di trasformazione di materie prime di origine fossile e di materie prime rinnovabili a carburanti e combustibili; saranno in condizione di poter affrontare problemi di valutazione delle soluzioni tecnologiche più idonee per specifiche applicazioni, nonché di gestire l'innovazione tecnologica di accumulo di energia con particolare attenzione agli aspetti ambientali. Un ulteriore obiettivo del corso è quello di far acquisire agli studenti un'adeguata capacità di comunicazione mediante l’acquisizione di un linguaggio tecnico-scientifico specifico del settore e comunicare in modo chiaro e privo di ambiguità a interlocutori specialisti e non specialisti. Inoltre, si propone di far sviluppare una mentalità flessibile e una robusta metodologia di studio e lavoro, la capacità di applicare le conoscenze acquisite nel risolvere problemi a tematiche nuove o non familiari, attraverso lo svolgimento di attività di sviluppo pratico di concetti teorici, utilizzando tecniche e strumenti adeguati con l’analisi di esempi pratici o applicazioni ed esercitazioni da svolgere sia individualmente che in gruppo.

Learning Goals

The course aims to give students skills and knowledge on the fundamentals of the production of fuels with lower environmental impact by means of refining and chemical processing techniques (catalytic crack processes, catalytic reforming, hydrocracking, thermal and catalytic processes for processing of waste); to provide tools needful to understand current technologies and the operating principles of devices for thermal and electrical energy storage for mobile and fixed applications. Furthermore, it aims to develop the ability to apply the acquired knowledge in solving problems related to new or unfamiliar issues, by carrying out practical development of theoretical concepts, using appropriate techniques and tools with the analysis of practical examples or applications and exercises to be performed both individually and in groups; to make students able to acquire appropriate study, description and scientific investigation methods; to use properly the technical, graphics and scientific languages of the specific discipline to communicate clearly and unambiguously to specialist and non-specialist interlocutors, to apply independently their knowledge to solve engineering problems with suitable techniques and tools. The training objective is to make the student able to compare different techniques of transformation of raw materials of fossil origin and of renewable raw materials to fuels, and to apply knowledge and understanding to the design equipment (identification of performance parameters and sizing of facilities, etc.); to deal with the evaluation problems of the most suitable technological solutions for specific applications, as well as to manage the technological energy storage with particular attention to environmental problems.

Metodi didattici

MOD.A: Lezioni - Seminari - Esercitazioni - Il corso si svolge prevalentemente attraverso lezioni frontali e seminari su specifici aspetti disciplinari; Sono previste esercitazioni individuali e di gruppo per valutare l'interesse per la disciplina e il livello di approfondimento degli studenti. MOD.B: Il modulo di tecnologie per la produzione di energia è impostato secondo: I) lezioni frontali, durante le quali il docente ricorre spesso allutilizzo di strumenti digitali (proiezione di PPT e filmati); II) esercitazioni sulla risoluzione in classe di problemi numerici (dimensionamento di massima delle apparecchiature, applicazione del modello diffusionale, etc.). Durante la lezione frontale, gli studenti vengono coinvolti con brevi domande sugli argomenti trattati nelle lezioni precedenti. Il docente tiene aggiornati gli studenti sui processi chimici che trovano risalto sugli organi dinformazione e, in relazione al programma svolto, invita gli studenti a proporre soluzioni per affrontare i problemi discussi. È prevista una prova in itinere per valutare l'interesse per la disciplina e il livello di apprendimento degli studenti. Sono, inoltre, previste visite guidate presso stabilimenti industriali di produzione di energia e combustibili.

Teaching Methods

MOD:A: Lessons - Seminars - Practice - The course takes place mainly through lectures and seminars on specific disciplinary aspects; Individual and group exercises are planned to assess the interest in the discipline and the level of depth of the students. MOD.B: The course of technologies for chemical production, is set according to: i) Lectures; II) exercises on the resolution of problems in class (numeric sizing of equipment abatement contaminants, application of the model circulation, etc.). During the lectures, the students are involved with short questions on the topics covered in previous lessons.

Prerequisiti

è richiesta la conoscenza di fondamenti di fisica, chimica ed elettrochimica.

Prerequisites

knowledge of basic notions of chemistry, physics and electrochemistry is required.

Verifiche dell'apprendimento

MOD.A: Le modalità delle prove di verifica intermedie e finali prevedono delle verifiche in itinere attraverso prove scritte per appurare linteresse per il corso e lavanzamento dellapprendimento e da una prova finale, costituita da domande a risposta aperta sugli argomenti del corso per verificare la preparazione dello studente negli argomenti trattati nel corso, con particolare riferimento alla padronanza dei concetti e dei metodi, alla capacità di applicare concetti e metodi alla soluzione di problemi, alla chiarezza di esposizione ed alla riflessione critica. MOD.B: Per ciò che concerne le modalità delle prove di verifica intermedie e finali, le attività del modulo di tecnologie per la produzione di energia prevedono alcune fasi di avanzamento. Queste andranno effettuate nelle date e con le modalità che saranno comunicate dal docente (relazioni, test a risposta aperta e multipla). Lesame finale consiste in una prova orale sugli argomenti del programma finalizzata ad accertare le conoscenze acquisite e le capacità di applicarle in maniera critica adoperando un linguaggio tecnico ed un approccio metodologico adeguati.

Assessment

MOD.A: The modalities of the intermediate and final verification tests include ongoing checks through written tests to ascertain the interest for the course and the progress of learning, and a final test, consisting of open-ended questions on the course topics to verify the preparation of the student in the topics covered in the course, with particular reference to the mastery of concepts and methods, to the ability to apply concepts and methods to the problems resolution, to the clarity of the exposition and the critical meditation. MOD.B: Written audits (at least two with evaluation in thirtieths) during the course consisting in resolution of exercises and questions; Final examination consisting of an oral exam.

Programma del Corso

MOD.A: Congruentemente con gli obiettivi formativi, il corso è articolato in due parti principali: la prima dedicata alle tecnologie per l' accumulo di energia termica: • Principali parametri per definire la performance dei sistemi di accumulo termico • Principi e tipologie di accumulo termico • Materiali per l’accumulo di calore sensibile • Materiali per l’accumulo di calore latente • Materiali a cambiamento di fase • Materiali per l'accumulo termochimico del calore - sistemi gas-gas - sistemi liquido-gas - sistemi solido-gas • Tipologie di impianto - stoccaggio stagionale - accumulo termico negli edifici - produzioni del freddo - applicazione particolari - impianti per la generazione elettrica • Applicazioni e prospettive La seconda parte è dedicata alle problematiche dell'accumulo di energia elettrica in particolare per mezzi mobili e quelle concernenti l’utilizzo d’idrogeno come fluido energetico; • Vettori energetici non tradizionali: Idrogeno -Accumulo d’idrogeno: Meccanico (Compressione, liquefazione), Chimico (idruri), Fisico (leghe metalliche, adsorbimento) - Dispositivi per il rilascio e l’accumulo d’idrogeno - Sistemi di accumulo sui veicoli • Sistemi di accumulo nella trazione elettrica • Batterie ed accumulatori -Batterie a elettrolita liquido -Batterie a elettrolita non-liquido -Batterie Metallo-Aria -Batterie a flusso • Supercondensatori -Capacitori elettrochimici -Pseudocapacitori elettrochimici -Sistemi per supercapacitori -Impiego dei supercapacitori -Applicazioni nel settore dei trasporti MOD.B: Introduzione: la questione energetica. Combustibili fossili: generalità Combustione omogenea ed eterogenea, Combustione catalitica per la generazione di energia elettrica. Carbone, caratteristiche generali, usi e riserve. Gas naturale: caratteristiche dei gas-fields, componenti del gas naturale, processi per la produzione di energia. Gas naturale e propano come combustibili. Metodologie alternative per la conversione di gas naturale Petrolio: L'industria di raffineria. Importanza politica ed economica del greggio. Riserve energetiche nel mondo. Storia del petrolio. Caratteristiche e classificazione dei greggi. Produzione del greggio: formazione dei giacimenti, localizzazione dei giacimenti, estrazione. Natura dei giacimenti petroliferi. Distillazione del petrolio ed utilizzazione delle frazioni petrolifere. Schemi di raffinerie integrate. Operazioni di raffineria. Generalità sulla catalisi e sui processi catalitici; crack-catalitico, reforming, idrodesolforazione, idrocracking, alchilazione paraffine/olefine, isomerizzazione paraffine. Trattamento dei residui: coking, visbreaking. Gassificazione dei residui e cicli integrati di gassificazione e produzione di energia elettrica. Carburanti e combustibili: produzione di benzine e gasoli. Impatto ambientale delle benzine. Evoluzione nella formulazione delle benzine, adeguamento delle benzine alle normative a tutela dell'ambiente: il caso USA e il caso Europa. Proprietà delle benzine. Gasoli di nuova formulazione: Marmitte catalitiche di nuova generazione. Carburanti alternativi. Nuovi combustibili: Biocombustibili, etanolo, biodiesel da oli vegetali e da alghe, produzione termochimica di combustibili come il metanolo. Nuovi combustibili: tecnologie di generazione on-board di idrogeno. Celle a combustibile. Processi di produzione dell'idrogeno.

Course Syllabus

MOD.A: According to the educational objectives, the course is divided into two main parts: the first dedicated to technologies for the storage of thermal energy: • Main parameters to define the performance of thermal storage systems • Principles and types of thermal energy storage • Materials for sensible heat storage • Materials for latent heat storage • Phase change materials • Materials for thermochemical heat storage - gas-gas systems - liquid-gas systems - solid-gas systems • Types of plant -seasonal storage -thermal storage in buildings -cold production -particular applications - plants for electricity generation • Applications and perspectives The second part is dedicated to the problems of electrical energy storage, in particular for mobile vehicles and those concerning the use of hydrogen as an energy fluid; • Non-traditional energy carriers: Hydrogen - Hydrogen storage: Mechanical (Compression, liquefaction), Chemical (hydrides), Physical (metal alloys, adsorption) - Devices for the release and the storage of hydrogen - storage systems on vehicles • Storage systems in the electric traction • Batteries and accumulators - Liquid electrolyte batteries - Non-liquid electrolyte batteries - Metal-Air Batteries - Flow batteries • Supercapacitors - Electrochemical capacitors - Electrochemical pseudocapacitors - Systems for supercapacitors - Use of supercapacitors - Applications in the transport sector MOD.B: Introduction: the refinery industry. Geopolitical and economical importance of oil. Energetic resources. Oil: history. Characteristics and classification of oil. Oil production: field development, localization and identification of fields. Natural gas: characteristics of gas fields, natural gas components. Schemes of integrated refineries. Topping and utilization of oil cuts. Main refinery processes: catalytic cracking, reforming, hydrodesulphurization, hydrocracking, alkylation, isomerization of paraffins. Residue treating: coking, visbreaking. Gasification and integrated cycles of gasification with energy production. Fuels and combustibles: gasoline and gasoil production. New fuels, fuels from renewable raw materials.. Fuel cells: conceptual design and types. On-board generation of hydrogen. Fuels from biomasses and renewable raw materials.