ID:
147759
Tipo Insegnamento:
Obbligatorio
Durata (ore):
96
CFU:
12
Url:
TECNOLOGIE AGRARIE E GESTIONE SOSTENIBILE DEGLI AGROECOSISTEMI/PERCORSO COMUNE Anno: 2
Anno:
2025
Dati Generali
Periodo di attività
Primo Semestre (01/10/2025 - 14/01/2026)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso integrato si propone di fornire agli studenti una comprensione approfondita dei principali processi chimici e biologici che regolano l’ambiente naturale e di quelli applicabili alla valorizzazione sostenibile delle risorse. Attraverso un approccio multidisciplinare che unisce la chimica ambientale con i principi della chimica verde, della microbiologia industriale e della biochimica, il corso mira a sviluppare competenze teoriche e pratiche per analizzare criticamente i fenomeni ambientali, valutare il destino degli inquinanti e progettare processi innovativi per la trasformazione di biomasse e scarti organici in prodotti ad alto valore aggiunto, in un’ottica di sostenibilità ed economia circolare. Gli obiettivi specifici del corso si dividono in due moduli: Chimica dell’Ambiente Il modulo ha come obiettivo formativo la comprensione dei principali processi ambientali che coinvolgono tutte le sfere ambientali: atmosfera, idrosfera, biosfera e geosfera. Lo studente acquisirà le seguenti conoscenze: - i cicli naturali dei principali elementi chimici; - le principali proprietà chimiche di tipo ambientale; - i principi fondamentali necessari per valutare il destino degli inquinanti e il loro impatto nell'ambiente. Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno: - interpretare criticamente i dati ambientali; - analizzare ed interpretare un argomento di rilevanza ambientale in maniera autonoma. Processi chimici e biologici sostenibili L'obiettivo principale del modulo è fornire agli studenti le conoscenze teoriche e pratiche per comprendere, analizzare e progettare processi di trasformazione di biomasse e scarti organici in prodotti ad alto valore aggiunto (bioenergia, biocarburanti, molecole chimiche), in un'ottica di sostenibilità e di economia circolare. Il corso si propone di integrare i principi della chimica verde, della microbiologia industriale e della biochimica con gli aspetti legati ai bioreattori e all'ottimizzazione di processo. Al termine del corso lo studente sarà in grado di: 1. Conoscenze e capacità di comprensione - Conoscere i principi di sostenibilità, chimica verde, economia circolare e bioraffineria. - Descrivere i principali percorsi metabolici e i fattori chimico-fisici che regolano la crescita microbica. - Comprendere i fondamenti della biocatalisi, della cinetica enzimatica e delle tecniche di immobilizzazione. - Conoscere i principi dei bioprocessi per la produzione di bioetanolo, biodiesel, biogas, syngas e per il compostaggio. - Descrivere le tipologie, le modalità operative e i criteri di progettazione dei bioreattori. - Conoscere i fondamenti della Progettazione degli Esperimenti (DOE) per l'ottimizzazione di processo. 2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione - Analizzare e confrontare diversi processi di valorizzazione delle biomasse. - Identificare le tecnologie appropriate per la conversione di specifiche materie prime organiche. - Applicare i concetti di base della DOE per l'impostazione di un piano di ottimizzazione. - Valutare criticamente vantaggi e svantaggi di diverse configurazioni di processo e di reattore. 3. Autonomia di giudizio - Valutare la sostenibilità e la fattibilità tecnico-economica di un bioprocesso. - Interpretare dati sperimentali per trarre conclusioni sull'efficacia di un processo. 4. Abilità comunicative - Utilizzare con precisione e proprietà la terminologia tecnico-scientifica specifica della chimica sostenibile, della microbiologia industriale e dei bioprocessi. - Descrivere in modo chiaro e strutturato processi complessi, schemi di reazione e configurazioni di reattori. - Presentare e argomentare analisi comparative tra diverse opzioni tecnologiche. 5. Capacità di apprendimento - Sviluppare le basi concettuali e metodologiche per approfondire in autonomia tematiche avanzate nel campo delle biotecnologie industriali e della bioeconomia. - Acquisire un approccio interdisciplinare che integri concetti di chimica, biologia e ingegneria per affrontare problemi complessi legati alla valorizzazione sostenibile delle risorse rinnovabili.
Prerequisiti
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Modulo: 007288 - CHIMICA DELL'AMBIENTE
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Chimica generale ed inorganica
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Modulo: 72390 - PROCESSI BIOLOGICI E CHIMICI SOSTENIBILI
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Per una completa comprensione degli argomenti trattati è necessario che lo studente abbia acquisito le conoscenze fornite dai corsi di chimica generale e organica.
Modulo: 007288 - CHIMICA DELL'AMBIENTE
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Chimica generale ed inorganica
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Modulo: 72390 - PROCESSI BIOLOGICI E CHIMICI SOSTENIBILI
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Per una completa comprensione degli argomenti trattati è necessario che lo studente abbia acquisito le conoscenze fornite dai corsi di chimica generale e organica.
Metodi didattici
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Modulo: 007288 - CHIMICA DELL'AMBIENTE
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Al fine di far acquisire le conoscenze teoriche dell’insegnamento, le lezioni verranno svolte per la maggior parte in modalità frontale in presenza in aula con utilizzo di power point; una parte delle lezioni (otto ore) verranno svolte in modalità asincrona con l'ausilio di registrazioni che verranno fornite tramite la classroom del corso. Durante le lezioni verranno svolti alcuni esercizi al fine di far apprendere l’utilizzo di parametri e grandezze chimico fisiche per la valutazione dello stato ambientale. Verranno inoltre proposti alcuni casi studio per approfondire le tematiche del corso.
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Modulo: 72390 - PROCESSI BIOLOGICI E CHIMICI SOSTENIBILI
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L'approccio didattico del corso si basa su una metodologia costruttivista, finalizzata a promuovere l'apprendimento attivo e la capacità di problem-solving. L'obiettivo è guidare gli studenti nella costruzione delle proprie conoscenze, passando dalla comprensione dei principi fondamentali all'applicazione pratica in scenari complessi. Le attività didattiche sono progettate per stimolare il pensiero critico, il lavoro collaborativo e l'autonomia. La didattica si articola in modalità sincrone e asincrone, integrate tra loro per creare un percorso formativo completo e flessibile. 1. Modalità Sincrona (Lezioni Frontali Interattive) - Le lezioni frontali, supportate da presentazioni PowerPoint, non saranno una mera trasmissione di nozioni, ma un momento di dialogo e costruzione condivisa della conoscenza. Saranno strutturate per includere: - Spiegazioni Dinamiche: Utilizzo della lavagna (fisica o virtuale) per illustrare schemi di reazione complessi, diagrammi di flusso dei processi e calcoli cinetici, favorendo una comprensione visuale e passo-passo. - Domande-Stimolo e Discussione Guidata: Sessioni di domande e risposte (Q&A) interattive e discussioni guidate su dilemmi tecnologici. - Problem-Based Learning (PBL) in Aula: Verranno presentati brevi problemi o scenari da analizzare e risolvere in piccoli gruppi durante la lezione, con successiva discussione collettiva dei risultati. 2. Modalità Asincrona (Piattaforma E-learning) - Il lavoro asincrono è fondamentale per l'approfondimento individuale e l'applicazione delle conoscenze. Gli studenti avranno a disposizione: - Video-Lezioni e/o Materiali tematici: Brevi video registrati dal docente e/o altri materiali di base (articoli scientifici, report tecnici) che introducono i concetti chiave di moduli, permettendo agli studenti di apprendere secondo i propri ritmi. Questi materiali sono propedeutici alla discussione in aula. - Studi di Caso (Case Studies): Verranno assegnati studi di caso basati su scenari reali. Gli studenti lavorando da soli o in gruppo e la consegna avverrà tramite un report scritto o una presentazione. - Wiki di Corso Collaborativa: Descrizione: Per ogni modulo tematico del corso, verrà creata una pagina Wiki vuota o con una struttura di base. Lavorando individualmente, gli studenti avranno il compito di popolare queste pagine, creando una vera e propria enciclopedia del corso. Obiettivo: Gli studenti dovranno ricercare, sintetizzare, rielaborare e presentare le informazioni in modo chiaro e strutturato, integrando testo, schemi, immagini e link a fonti esterne attendibili. Funzionamento: Ognuno sarà responsabile primario di una o più sezioni, ma tutti gli studenti saranno incoraggiati a leggere, commentare, correggere e integrare le sezioni degli altri. La cronologia delle modifiche permetterà al docente di monitorare i contributi individuali e di gruppo. Valutazione: La qualità, l'accuratezza e la chiarezza dei contenuti inseriti nella Wiki costituiranno un elemento significativo della valutazione continua. - Forum di Discussione: Spazi virtuali dedicati a ogni modulo o studio di caso, dove gli studenti possono porre domande, scambiarsi opinioni e collaborare, con la supervisione e il feedback del docente. La partecipazione attiva al forum sarà parte della valutazione continua.
Modulo: 007288 - CHIMICA DELL'AMBIENTE
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Al fine di far acquisire le conoscenze teoriche dell’insegnamento, le lezioni verranno svolte per la maggior parte in modalità frontale in presenza in aula con utilizzo di power point; una parte delle lezioni (otto ore) verranno svolte in modalità asincrona con l'ausilio di registrazioni che verranno fornite tramite la classroom del corso. Durante le lezioni verranno svolti alcuni esercizi al fine di far apprendere l’utilizzo di parametri e grandezze chimico fisiche per la valutazione dello stato ambientale. Verranno inoltre proposti alcuni casi studio per approfondire le tematiche del corso.
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Modulo: 72390 - PROCESSI BIOLOGICI E CHIMICI SOSTENIBILI
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L'approccio didattico del corso si basa su una metodologia costruttivista, finalizzata a promuovere l'apprendimento attivo e la capacità di problem-solving. L'obiettivo è guidare gli studenti nella costruzione delle proprie conoscenze, passando dalla comprensione dei principi fondamentali all'applicazione pratica in scenari complessi. Le attività didattiche sono progettate per stimolare il pensiero critico, il lavoro collaborativo e l'autonomia. La didattica si articola in modalità sincrone e asincrone, integrate tra loro per creare un percorso formativo completo e flessibile. 1. Modalità Sincrona (Lezioni Frontali Interattive) - Le lezioni frontali, supportate da presentazioni PowerPoint, non saranno una mera trasmissione di nozioni, ma un momento di dialogo e costruzione condivisa della conoscenza. Saranno strutturate per includere: - Spiegazioni Dinamiche: Utilizzo della lavagna (fisica o virtuale) per illustrare schemi di reazione complessi, diagrammi di flusso dei processi e calcoli cinetici, favorendo una comprensione visuale e passo-passo. - Domande-Stimolo e Discussione Guidata: Sessioni di domande e risposte (Q&A) interattive e discussioni guidate su dilemmi tecnologici. - Problem-Based Learning (PBL) in Aula: Verranno presentati brevi problemi o scenari da analizzare e risolvere in piccoli gruppi durante la lezione, con successiva discussione collettiva dei risultati. 2. Modalità Asincrona (Piattaforma E-learning) - Il lavoro asincrono è fondamentale per l'approfondimento individuale e l'applicazione delle conoscenze. Gli studenti avranno a disposizione: - Video-Lezioni e/o Materiali tematici: Brevi video registrati dal docente e/o altri materiali di base (articoli scientifici, report tecnici) che introducono i concetti chiave di moduli, permettendo agli studenti di apprendere secondo i propri ritmi. Questi materiali sono propedeutici alla discussione in aula. - Studi di Caso (Case Studies): Verranno assegnati studi di caso basati su scenari reali. Gli studenti lavorando da soli o in gruppo e la consegna avverrà tramite un report scritto o una presentazione. - Wiki di Corso Collaborativa: Descrizione: Per ogni modulo tematico del corso, verrà creata una pagina Wiki vuota o con una struttura di base. Lavorando individualmente, gli studenti avranno il compito di popolare queste pagine, creando una vera e propria enciclopedia del corso. Obiettivo: Gli studenti dovranno ricercare, sintetizzare, rielaborare e presentare le informazioni in modo chiaro e strutturato, integrando testo, schemi, immagini e link a fonti esterne attendibili. Funzionamento: Ognuno sarà responsabile primario di una o più sezioni, ma tutti gli studenti saranno incoraggiati a leggere, commentare, correggere e integrare le sezioni degli altri. La cronologia delle modifiche permetterà al docente di monitorare i contributi individuali e di gruppo. Valutazione: La qualità, l'accuratezza e la chiarezza dei contenuti inseriti nella Wiki costituiranno un elemento significativo della valutazione continua. - Forum di Discussione: Spazi virtuali dedicati a ogni modulo o studio di caso, dove gli studenti possono porre domande, scambiarsi opinioni e collaborare, con la supervisione e il feedback del docente. La partecipazione attiva al forum sarà parte della valutazione continua.
Verifica Apprendimento
L’obiettivo della prova d’esame è verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati. Al fine di valutare le conoscenze di base del corso, verrà effettuata una valutazione continua durante lo svolgimento del corso attraverso prove scritte. Alla fine del percorso, lo studente e la studentessa che non avrà ottenuto un punteggio uguale o superiore a 18/30, o che rifiuta il voto della valutazione continua, dovrà sostenere l’esame finale (appello ufficiale) che sarà costituito da una prova scritta. La valutazione dell’apprendimento sarà articolata in modo coerente con i contenuti di ciascun modulo. Le prove d’esame verranno svolte separatamente per ogni modulo, ma secondo criteri comuni e modalità integrate. Questo approccio garantisce una verifica omogenea e completa delle competenze acquisite. Il voto finale del corso integrato sarà dato dalla media dei voti conseguiti nei due moduli.
Testi
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Modulo: 007288 - CHIMICA DELL'AMBIENTE
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CHIMICA AMBIENTALE; C. Baird, M. Cann; Zanichelli, 2013.
CHIMICA DELL’AMBIENTE; S. E. Manahan; Piccin, 2000.
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Modulo: 72390 - PROCESSI BIOLOGICI E CHIMICI SOSTENIBILI
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Per eventuali approfondimenti si segnalano i seguenti testi: - Manzoni, M. Microbiologia industrial. 1 Ed., Casa Editrice Ambrosiana, 2005. - Biavati, B; Sorlini, C. Microbiologia generale e agraria. 2 Ed., Casa Editrice Ambrosiana, 2012. - Nelson, D.L.; Cox, M.M. I principi di biochimica di Lehninger. 8 Ed., Zanichelli, 2022. - Drapcho, C.M.; Nhuan, N.P.; Walker, T.H. Biofuels Engineering Process Technology. 1st Ed., McGraw-Hill, 2008. - Clark, J.; Deswarte, F. Introduction to chemicals from biomass. 2nd Ed., Wiley, 2014. - Rodrigues, M.I., Iemma, A.F. Experimental design and process optimization, 1st Ed., CRC Press, New York, 2014.
Modulo: 007288 - CHIMICA DELL'AMBIENTE
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CHIMICA AMBIENTALE; C. Baird, M. Cann; Zanichelli, 2013.
CHIMICA DELL’AMBIENTE; S. E. Manahan; Piccin, 2000.
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Modulo: 72390 - PROCESSI BIOLOGICI E CHIMICI SOSTENIBILI
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Per eventuali approfondimenti si segnalano i seguenti testi: - Manzoni, M. Microbiologia industrial. 1 Ed., Casa Editrice Ambrosiana, 2005. - Biavati, B; Sorlini, C. Microbiologia generale e agraria. 2 Ed., Casa Editrice Ambrosiana, 2012. - Nelson, D.L.; Cox, M.M. I principi di biochimica di Lehninger. 8 Ed., Zanichelli, 2022. - Drapcho, C.M.; Nhuan, N.P.; Walker, T.H. Biofuels Engineering Process Technology. 1st Ed., McGraw-Hill, 2008. - Clark, J.; Deswarte, F. Introduction to chemicals from biomass. 2nd Ed., Wiley, 2014. - Rodrigues, M.I., Iemma, A.F. Experimental design and process optimization, 1st Ed., CRC Press, New York, 2014.
Contenuti
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Modulo: 007288 - CHIMICA DELL'AMBIENTE
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Aspetti generali della Chimica dell'Ambiente: definizioni, cicli biogeochimici, concetti di sostenibilità ambientale, impronta idrica, impronta ecologica.
Idrosfera: Ciclo dell’acqua. Classificazione dei corpi idrici, loro caratteristiche e composizione (acque dolci, oceani, acque di falda). Le proprietà e chimica dell'acqua. Gas disciolti (ossigeno e anidride carbonica) nei corpi d'acqua, alcalinità. Il materiale disciolto, il materiale particolato e sedimenti. Ioni metallici: ossidazione e riduzione; complessazione e chelazione. Interazione dell'acqua con le altre fasi.
Principali classi di inquinanti organici ed inorganici (metalli pesanti, contaminanti emergenti, pesticidi, idrocarburi, policlorobifenili, idrocarburi policiclici aromatici, diossine e furani, plastiche), proprietà chimico-fisiche, sorgenti, destino ambientale.
Trattamento acque reflue e potabilizzazione.
Atmosfera: Struttura dell’atmosfera. Le variazioni chimico fisiche in atmosfera al variare dell'altitudine. Profilo di temperatura e suddivisione dell'atmosfera. Lo spettro elettromagnetico. Modificazioni delle principali caratteristiche chimico fisiche dell'atmosfera a causa dell'inquinamento. Modelli chimici atmosferici. Interazione tra le molecole in fase gassosa e la radiazione elettromagnetica. Cicli catalitici di distruzione dell’ozono in stratosfera. Processi chimici nella troposfera. Smog fotochimico. Piogge acide e loro impatto. Inquinamento dovuto a particolato solido. Effetto serra: definizione e meccanismi.
Geosfera: Proprietà chimico fisiche, caratteristiche strutturali e principali componenti dei suoli. Processi di weathering.
Alcuni esempi di impatti ambientali dovuti ad attività antropiche in particolare dovute all’immissione di sostanze chimiche.
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Modulo: 72390 - PROCESSI BIOLOGICI E CHIMICI SOSTENIBILI
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Introduzione alla Sostenibilità: - Definizione di sostenibilità e i suoi tre fondamenti: sociale, economico, ambientale. - Concetti di Chimica Verde e i suoi 12 principi. - Dall'economia lineare all'economia circolare: principi di riduzione, riuso, riciclo e valorizzazione. Microbiologia e Colture Microbiche: - Metabolismo: catabolismo e anabolismo. - Fattori fisici e chimici che influenzano la crescita microbica (temperatura, pH, ossigeno, pressione osmotica, nutrienti). - La curva di crescita batterica: fasi di latenza (lag), esponenziale (log), stazionaria e di morte. - Terreni di coltura: classificazione, preparazione e tecniche di semina. Enzimologia e Cinetica: - Gli enzimi come proteine e catalizzatori biologici: specificità, efficienza, regolazione. - Classificazione e nomenclatura (numero E.C.). - Principi di termodinamica delle reazioni (esoergoniche/endoergoniche, energia libera di Gibbs). - Meccanismi di catalisi: modello chiave-serratura e adattamento indotto. - Cinetica enzimatica: l'equazione di Michaelis-Menten (Km, Vmax), la linearizzazione di Lineweaver-Burk, il numero di turnover (kcat). - Inibizione enzimatica: irreversibile e reversibile (competitiva e non-competitiva). - Regolazione dell'attività enzimatica: modulazione allosterica e modificazione covalente. Immobilizzazione di Cellule ed Enzimi: - Definizione, vantaggi (riutilizzo, stabilità) e svantaggi (costi, limitazioni diffusionali). - Metodi di immobilizzazione: legame (adsorbimento, ionico, covalente), intrappolamento, cross-linking. - Supporti (carrier): organici, inorganici, naturali e sintetici. - Esempi pratici: immobilizzazione in alginato di calcio. Bioreattori - Progettazione e Funzionamento: - Definizione di bioreattore e criteri di progettazione (sterilità, miscelazione, trasferimento di massa e calore). - Modalità operative: discontinuo, semi-continuo e continuo. Vantaggi e svantaggi. - Componenti chiave: sistemi di agitazione, aerazione, controllo della schiuma, sterilizzazione, sensori. - Tipologie di reattori per colture sommerse: Stirred Tank Reactor (STR), colonne a bolle (bubble column), reattori airlift, letti fissi (Packed Bed) e letti fluidizzati (Fluidized Bed). - Reattori per fermentazione allo stato solido (FSS). La Bioraffineria come Concetto Centrale: - Definizione e analogia con la raffineria di petrolio. - Classificazione delle bioraffinerie: I, II, III e IV generazione. - La piramide del valore delle biomasse: dai prodotti a basso volume/alto valore (farmaceutici) a quelli ad alto volume/basso valore (energia). - Le biomasse: definizione, composizione chimica (carboidrati, lipidi, lignina, proteine) e principali fonti (scarti agricoli, forestali, zootecnici, urbani). Bioetanolo: - I Generazione: fermentazione di zuccheri semplici e amido. - II Generazione: valorizzazione di biomasse lignocellulosiche. Struttura di cellulosa, emicellulosa e lignina. - Pretrattamenti della lignocellulosa: acido (concentrato/diluito), esplosione di vapore (steam explosion), con ammoniaca, biologico. - Idrolisi enzimatica: ruolo di cellulasi, emicellulasi e pectinasi. Gas di Sintesi (Syngas): - Produzione tramite gassificazione di biomasse. - Fasi del processo: essiccazione, pirolisi, ossidazione, riduzione. - Depurazione e conversione fermentativa ad acido organico o etanolo. Biogas: - Digestione Anaerobica: Le 4 fasi del processo (idrolisi, acidogenesi, acetogenesi, metanogenesi). - Popolazioni microbiche coinvolte. - Reattori a umido e a secco. Biodiesel: - Materie prime: oli vegetali e grassi animali. - Processi di produzione: transesterificazione di trigliceridi, esterificazione di acidi grassi liberi ed idroesterificazione. - Catalisi: chimica (basica, acida) vs. enzimatica (lipasi). Idrogeno: - Concetti sula produzione d’idrogeno. - Produzione tramite Elettrolisi, processi termochimici e biologici (biofotolisi, fotofermentazione, dark fermentation). Compostaggio: - Processo Aerobico: Fasi del processo (mesofila, termofila, maturazione). - Parametri di controllo (rapporto C/N, umidità, aerazione, pH). Sintesi Enzimatica di Esteri: - Vantaggi della via enzimatica rispetto a quella chimica. - Sistemi reattivi: con e senza solvente. - Tecniche di intensificazione di processo: fluidi pressurizzati, ultrasuoni, microonde. - Casi di studio: produzione enzimatica di esteri di interesse. Progettazione degli Esperimenti (Design of Experiments - DOE): - Principi e vantaggi rispetto all'approccio "una variabile alla volta". - Terminologia: fattori, livelli, risposte, repliche, randomizzazione. - Disegni sperimentali: disegni fattoriali (es. 2k) e disegni composti centrali (es. CCD). - Analisi statistica dei risultati: stima degli effetti, analisi della varianza (ANOVA), coefficienti di regressione e superfici di risposta.
Modulo: 007288 - CHIMICA DELL'AMBIENTE
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Aspetti generali della Chimica dell'Ambiente: definizioni, cicli biogeochimici, concetti di sostenibilità ambientale, impronta idrica, impronta ecologica.
Idrosfera: Ciclo dell’acqua. Classificazione dei corpi idrici, loro caratteristiche e composizione (acque dolci, oceani, acque di falda). Le proprietà e chimica dell'acqua. Gas disciolti (ossigeno e anidride carbonica) nei corpi d'acqua, alcalinità. Il materiale disciolto, il materiale particolato e sedimenti. Ioni metallici: ossidazione e riduzione; complessazione e chelazione. Interazione dell'acqua con le altre fasi.
Principali classi di inquinanti organici ed inorganici (metalli pesanti, contaminanti emergenti, pesticidi, idrocarburi, policlorobifenili, idrocarburi policiclici aromatici, diossine e furani, plastiche), proprietà chimico-fisiche, sorgenti, destino ambientale.
Trattamento acque reflue e potabilizzazione.
Atmosfera: Struttura dell’atmosfera. Le variazioni chimico fisiche in atmosfera al variare dell'altitudine. Profilo di temperatura e suddivisione dell'atmosfera. Lo spettro elettromagnetico. Modificazioni delle principali caratteristiche chimico fisiche dell'atmosfera a causa dell'inquinamento. Modelli chimici atmosferici. Interazione tra le molecole in fase gassosa e la radiazione elettromagnetica. Cicli catalitici di distruzione dell’ozono in stratosfera. Processi chimici nella troposfera. Smog fotochimico. Piogge acide e loro impatto. Inquinamento dovuto a particolato solido. Effetto serra: definizione e meccanismi.
Geosfera: Proprietà chimico fisiche, caratteristiche strutturali e principali componenti dei suoli. Processi di weathering.
Alcuni esempi di impatti ambientali dovuti ad attività antropiche in particolare dovute all’immissione di sostanze chimiche.
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Modulo: 72390 - PROCESSI BIOLOGICI E CHIMICI SOSTENIBILI
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Introduzione alla Sostenibilità: - Definizione di sostenibilità e i suoi tre fondamenti: sociale, economico, ambientale. - Concetti di Chimica Verde e i suoi 12 principi. - Dall'economia lineare all'economia circolare: principi di riduzione, riuso, riciclo e valorizzazione. Microbiologia e Colture Microbiche: - Metabolismo: catabolismo e anabolismo. - Fattori fisici e chimici che influenzano la crescita microbica (temperatura, pH, ossigeno, pressione osmotica, nutrienti). - La curva di crescita batterica: fasi di latenza (lag), esponenziale (log), stazionaria e di morte. - Terreni di coltura: classificazione, preparazione e tecniche di semina. Enzimologia e Cinetica: - Gli enzimi come proteine e catalizzatori biologici: specificità, efficienza, regolazione. - Classificazione e nomenclatura (numero E.C.). - Principi di termodinamica delle reazioni (esoergoniche/endoergoniche, energia libera di Gibbs). - Meccanismi di catalisi: modello chiave-serratura e adattamento indotto. - Cinetica enzimatica: l'equazione di Michaelis-Menten (Km, Vmax), la linearizzazione di Lineweaver-Burk, il numero di turnover (kcat). - Inibizione enzimatica: irreversibile e reversibile (competitiva e non-competitiva). - Regolazione dell'attività enzimatica: modulazione allosterica e modificazione covalente. Immobilizzazione di Cellule ed Enzimi: - Definizione, vantaggi (riutilizzo, stabilità) e svantaggi (costi, limitazioni diffusionali). - Metodi di immobilizzazione: legame (adsorbimento, ionico, covalente), intrappolamento, cross-linking. - Supporti (carrier): organici, inorganici, naturali e sintetici. - Esempi pratici: immobilizzazione in alginato di calcio. Bioreattori - Progettazione e Funzionamento: - Definizione di bioreattore e criteri di progettazione (sterilità, miscelazione, trasferimento di massa e calore). - Modalità operative: discontinuo, semi-continuo e continuo. Vantaggi e svantaggi. - Componenti chiave: sistemi di agitazione, aerazione, controllo della schiuma, sterilizzazione, sensori. - Tipologie di reattori per colture sommerse: Stirred Tank Reactor (STR), colonne a bolle (bubble column), reattori airlift, letti fissi (Packed Bed) e letti fluidizzati (Fluidized Bed). - Reattori per fermentazione allo stato solido (FSS). La Bioraffineria come Concetto Centrale: - Definizione e analogia con la raffineria di petrolio. - Classificazione delle bioraffinerie: I, II, III e IV generazione. - La piramide del valore delle biomasse: dai prodotti a basso volume/alto valore (farmaceutici) a quelli ad alto volume/basso valore (energia). - Le biomasse: definizione, composizione chimica (carboidrati, lipidi, lignina, proteine) e principali fonti (scarti agricoli, forestali, zootecnici, urbani). Bioetanolo: - I Generazione: fermentazione di zuccheri semplici e amido. - II Generazione: valorizzazione di biomasse lignocellulosiche. Struttura di cellulosa, emicellulosa e lignina. - Pretrattamenti della lignocellulosa: acido (concentrato/diluito), esplosione di vapore (steam explosion), con ammoniaca, biologico. - Idrolisi enzimatica: ruolo di cellulasi, emicellulasi e pectinasi. Gas di Sintesi (Syngas): - Produzione tramite gassificazione di biomasse. - Fasi del processo: essiccazione, pirolisi, ossidazione, riduzione. - Depurazione e conversione fermentativa ad acido organico o etanolo. Biogas: - Digestione Anaerobica: Le 4 fasi del processo (idrolisi, acidogenesi, acetogenesi, metanogenesi). - Popolazioni microbiche coinvolte. - Reattori a umido e a secco. Biodiesel: - Materie prime: oli vegetali e grassi animali. - Processi di produzione: transesterificazione di trigliceridi, esterificazione di acidi grassi liberi ed idroesterificazione. - Catalisi: chimica (basica, acida) vs. enzimatica (lipasi). Idrogeno: - Concetti sula produzione d’idrogeno. - Produzione tramite Elettrolisi, processi termochimici e biologici (biofotolisi, fotofermentazione, dark fermentation). Compostaggio: - Processo Aerobico: Fasi del processo (mesofila, termofila, maturazione). - Parametri di controllo (rapporto C/N, umidità, aerazione, pH). Sintesi Enzimatica di Esteri: - Vantaggi della via enzimatica rispetto a quella chimica. - Sistemi reattivi: con e senza solvente. - Tecniche di intensificazione di processo: fluidi pressurizzati, ultrasuoni, microonde. - Casi di studio: produzione enzimatica di esteri di interesse. Progettazione degli Esperimenti (Design of Experiments - DOE): - Principi e vantaggi rispetto all'approccio "una variabile alla volta". - Terminologia: fattori, livelli, risposte, repliche, randomizzazione. - Disegni sperimentali: disegni fattoriali (es. 2k) e disegni composti centrali (es. CCD). - Analisi statistica dei risultati: stima degli effetti, analisi della varianza (ANOVA), coefficienti di regressione e superfici di risposta.
Lingua Insegnamento
Italiano
Corsi
Corsi
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