Obiettivi Formativi

Il corso si prefigge di:  OF 1 (Conoscenza e comprensione): fornire una visione sistematica delle problematiche energetiche a livello globale e nazionale, con riferimento a fonti, materie prime e tecnologie di trasformazione per la produzione di energia in sistemi mobili e fissi. Il corso intende sviluppare la capacità di analisi dei problemi relativi ai bilanci materiali ed energetici delle trasformazioni chimico-fisiche, per la produzione di energia. Infine, il corso fornisce allo studente una panoramica dei fenomeni d’inquinamento relativi all'uso di combustibili fossili, le attuali strategie di mitigazione e contenimento, nonché i vantaggi derivanti dall'uso alternativo di fonti rinnovabili.  OF 2 (Capacità di applicare conoscenza e comprensione): acquisire le competenze per applicare le conoscenze di base e gli elementi dell'ingegneria chimica per analizzare e comprendere i diversi aspetti dei processi di generazione, trasformazione e accumulo dell'energia attraverso esercitazioni, analisi di esempi e applicazioni pratiche e della letteratura scientifica.  OF 3 (Autonomia di giudizio): sviluppare la capacità di elaborare, in maniera autonoma e con senso critico, concetti fondamentali e ingegneristici per l'analisi dei processi chimici di generazione, trasformazione e accumulo di energia, con particolare riferimento agli aspetti della termodinamica, della cinetica e delle relative emissioni.  OF 4 (Abilità comunicative): sviluppare adeguate proprietà di sintesi, e di comunicazione con linguaggio tecnico.  OF 5 (Capacità di apprendimento): acquisire un metodo di studio adeguato alla visione ed alla comprensione dei problemi legati alla produzione di energia e delle relative fonti energetiche.

Learning Goals

The course aims to:  OF 1 (Knowledge and understanding): provide a systematic view of energy issues at global and national level, with reference to sources, raw materials and transformation technologies for the production of energy in mobile and stationary systems. The course aims to develop the ability to analyze and solve problems related to material and energy balances of chemical-physical transformations aimed at energy production. Finally, the course provides the student with an overview of the pollution phenomena related to the use of fossil fuels, the current mitigation and containment strategies and the advantages deriving from the alternative use of renewable sources.  OF 2 (Ability to apply knowledge and understanding): to acquire the skills to apply basic knowledge and elements of chemical engineering to analyze and understand the different aspects of energy generation and transformation processes, by carrying out exercises, discussing practical examples and applications, and analysis of scientific literature.  OF 3 (Autonomy of judgment): to develop the ability to elaborate fundamental and engineering concepts for the analysis of chemical processes of generation, transformation and storage of energy, with particular reference to aspects of thermodynamics, kinetics and emissions.  OF 4 (Communication skills): to develop adequate synthesis, communication and language properties.  OF 5 (Learning skills): to acquire a study method suitable for understanding the problems of Energy and Energy Sources.

Metodi didattici

Lezioni frontali ed esercitazioni in aula, Seminari e Visite didattiche guidate Per il raggiungimento degli obiettivi formativi previsti, il corso si avvale delle lezioni frontali, svolte con supporto di slides, ed esercitazioni guidate svolte dagli studenti con lo scopo di stimolare la capacità di applicazione di concetti teorici per la risoluzione di problemi pratici con autonomia e senso critico.

Teaching Methods

Lectures and exercises in the classroom, Seminars and Offsite educational visits. To achieve the expected objectives, the course makes use of lectures, carried out with the support of slides, and guided exercises with the aim of improving the ability to apply theoretical concepts for solving practical problems with autonomy and critical approach.

Prerequisiti

Per un’adeguata comprensione dei concetti teorici e l’acquisizione della capacità di analisi delle varie tecnologie di produzione e trasformazione di energia sono necessarie conoscenze di base di CHIMICA GENERALE, CHIMICA INORGANICA, CHIMICA FISICA, CHIMICA ORGANICA, FISICA TECNICA.

Prerequisites

For an adequate understanding of the theoretical concepts and the acquisition of the ability to analyze the various energy production and transformation technologies, basic knowledge of GENERAL CHEMISTRY, INORGANIC CHEMISTRY, PHYSICAL CHEMISTRY, ORGANIC CHEMISTRY, TECHNICAL PHYSICS.

Verifiche dell'apprendimento

Esame finale orale della durata compresa tra 30 e 60 min sui contenuti del corso con approfondimenti specifici finalizzati a dimostrare qualità dell’apprendimento e dell’esposizione, capacità di sintesi e di ragionamento critico dello studente.

Assessment

Final oral exam lasting 30-60 minutes on the general contents of the course with specific insights aimed at demonstrating the effectiveness of learning and the quality of exposure, the synthesis skills and the critical thinking of the student.

Programma del Corso

-ENERGIA E FONTI ENERGETICHE. Concetti di energia e lavoro; Grandezze fisiche e unità di misura; Termodinamica delle trasformazioni chimiche; Fonti energetiche; Emissioni e fonti rinnovabili. -PETROLIO E DERIVATI. Il greggio; Origine e giacimenti; Costituenti del greggio; Prodotti; Lavorazione; Schema di raffineria. -LAVORAZIONE DEL GREGGIO. Processi preliminari; Processi di separazione; Topping; Vacuum; Contenuto di zolfo e numero di ottano delle benzine. -UPGRADING DEI COMBUSTIBILI FOSSILI. A) Steam Cracking: Reazioni, termodinamica, variabili di processo, prodotti. B) Hydrotreating: Reazioni, termodinamica, cinetica, catalizzatori, processi. C) Reforming catalitico: Reazioni, termodinamica, cinetica, catalizzatori, processi. D) Cracking catalitico: Reazioni, termodinamica, cinetica, catalizzatori, processi. E) Isomerizzazione: Reazioni, termodinamica, cinetica, catalizzatori, processi. F) Alchilazione: Reazioni, termodinamica, cinetica, catalizzatori, processi. -COMBUSTIONE. Definizione, reazioni redox, caratteristiche e proprietà; Aria teorica; Rapporto Air/Fuel; Temperatura ignizione; Potere calorifico; Dew point; Entalpia di combustione; Temperatura di fiamma; Lavoro utile ed energia libera; Macchine termiche ideali: caratteristiche e rendimento; Ciclo Otto e rendimento di motori a combustione interna. -CELLE A COMBUSTIBILE. Generalità, funzionamento, classificazione; rese ed emissioni; Potenziale di Cella; Termodinamica di cella (effetto T e P); Fenomeni di polarizzazione; Rendimento di cella; PEFC, PAFC; MCFC; SOFC; DMFC (caratteristiche, proprietà e applicazioni). -IDROGENO. Metodi di produzione, immagazzinamento e trasporto. -EFFETTO SERRA. Cause naturali e antropiche; Gas serra: Proprietà, Effetti e tempo di vita; Sensibilità climatica; Contenimento delle emissioni di gas serra.

Course Syllabus

-ENERGY AND ENERGY SOURCES. Energy and work concepts; Physical quantities and units of measures; Thermodynamics of chemical transformations; Energy sources; Emissions and renewable sources. -CRUDE OIL AND DERIVATIVES. The crude oil; Origin and deposits; Constituents of crude; Products; processing; Refinery scheme. - PROCESSING OF CRUDE. Preliminary processes; Separation processes; Topping; Vacuum; Sulfur content and octane number of gasolines. -UPGRADING OF FOSSIL FUELS. A) Steam Cracking: Reactions, thermodynamics, process variables, products. B) Hydrotreating: reactions, thermodynamics, kinetics, catalysts, processes. C) Catalytic reforming: reactions, thermodynamics, kinetics, catalysts, processes. D) Catalytic cracking: reactions, thermodynamics, kinetics, catalysts, processes. E) Isomerization: Reactions, thermodynamics, kinetics, catalysts, processes. F) Alkylation: Reactions, thermodynamics, kinetics, catalysts, processes. -COMBUSTION. Definition, characteristics and properties; Theoretical air; Air / Fuel ratio; Ignition temperature; Calorific value; Dew point; Combustion enthalpy; Flame temperature; Useful work and free energy; Ideal thermal machines: characteristics and efficiency; Otto cycle and efficiency of internal combustion engines. -FUEL CELLS. Generality, functioning, classification; yields and emissions; Cell potential; Cell thermodynamics (T and P effect); Polarization phenomena; Cell yield; PEFC, PAFC; MCFC; SOFC; DMFC (features, properties and applications). -HYDROGEN. Production, storage and transport methods. -GREENHOUSE EFFECT. Natural and anthropic causes; Greenhouse gases: Properties, Effects and lifetime; Abatement of greenhouse gas emissions