Insegnamento CHIMICA PER L'ENERGIA
| Nome del corso di laurea | Scienze chimiche |
|---|---|
| Codice insegnamento | 55145506 |
| Curriculum | Comune a tutti i curricula |
| Docente responsabile | Francesca Nunzi |
| Docenti |
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| Ore |
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| CFU | 6 |
| Regolamento | Coorte 2018 |
| Erogato | Erogato nel 2019/20 |
| Erogato altro regolamento | |
| Attività | Affine/integrativa |
| Ambito | Attività formative affini o integrative |
| Settore | CHIM/03 |
| Anno | 2 |
| Periodo | Primo Semestre |
| Tipo insegnamento | Opzionale (Optional) |
| Tipo attività | Attività formativa monodisciplinare |
| Lingua insegnamento | ITALIANO |
| Contenuti | Introduzione all' energia; classificazione delle risorse energetiche. Energia solare ed elettricita': il fotovoltaico inorganico. Celle solari al silicio, organiche e sensibilizzate. Conservazione e trasporto dell' energia. Celle a combustibile. |
| Testi di riferimento | 1.A. W. Culp Priciples of Energy conversion, McGrawHill in Maidenhead, 1991. 2. V. Balzani, N. Armaroli Energy for sustainable world: from the oil to a sun-powered future, Wiley-VCH, 2011 3.C. Kittel Introduzione alla fisica dello stato solido, Bollati Boringhieri 4. Nanostructured and Photoelectrochemical Systems for Solar Photon Conversion, M. D. Archer, A. J. Nozik, Imperial College Press, 2008 5. Physics of solar cells, Peter Wurfel, Wiley-VCH 2009 6. Chimica Ambientale, Baird e Cann, Zanichelli, 2013 |
| Obiettivi formativi | Il corso intende fornire agli studenti le conoscenze di base per poter affrontare in modo autonomo le tematiche inerenti il problema energetico attuale, con particolare riferimento alle problematiche di natura chimica. In particolare, gli studenti che hanno frequentato il corso: - Conoscono i principi fisici e chimici connessi alla produzione , alla conversione ed all’ immagazzinamento dell’ energia; - Conoscono i principi fisici e chimici connessi alla conversione dell’ energia solare, al funzionamento delle celle solari fotovoltaiche e dei dispositivi elettrochimici per l’ accumulo di energia elettrica; - Sanno individuare le tecniche, i processi ed i materiali più idonei per l’ ottimizzazione di dispositivi per la conversione e l’ immagazzinamento di energia; - Sanno assemblare semplici dispositivi di tipo elettrochimico per la conversione di energia; - Sanno misurare le prestazioni di celle solari. The course aims to provide students with the basic knowledge to be able to independently deal with the issues surrounding the current energy problem, with particular reference to chemical issues. In particular, the students who attended the course: - They know the physical and chemical principles related to production, conversion and storage of energy; - They know the physical and chemical principles connected with the conversion of solar energy, the mode of operation of solar photovoltaic cells and electrochemical devices for the accumulation of electricity; - They know the most suitable techniques, processes and materials for the optimization of devices for converting and storing energy; - They are able to assemble simple electrochemical devices for energy conversion; - They are able to measure the performance of solar cells. Al fine di una esaustiva comprensione dei contenuti dell' insegnamento, lo studente deve possedere le nozioni di base di fotochimica, elettrochimica e chimica inorganica. Altresi' possono essere di aiuto le competenze acquisite nel corso di Chimica dell' Atmosfera e nei corsi che riguardano la Chimica dell' Ambiente. Questi prerequisiti si ritengono di aiuto sia per gli studenti che frequentano le lezioni, sia per quelli che non le frequentano. |
| Prerequisiti | Al fine di una esaustiva comprensione dei contenuti dell' insegnamento, lo studente deve possedere le nozioni di base di fotochimica, elettrochimica e chimica inorganica. Altresi' possono essere di aiuto le competenze acquisite nel corso di Chimica dell' Atmosfera e nei corsi che riguardano la Chimica dell' Ambiente. Questi prerequisiti si ritengono di aiuto sia per gli studenti che frequentano le lezioni, sia per quelli che non le frequentano. |
| Metodi didattici | Il corso e' organizzato nel seguente modo: - lezioni frontali in aula sugli argomenti del corso; - realizzazione in laboratorio di semplici dispositivi per la conversione e produzione di energia sostenibile e valutazione delle loro prestazioni. |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | L'esame prevede una prova orale finale della durata di circa un'ora. Allo studente e' richiesto di presentare in modo approfondito uno degli argomenti trattati durante il corso. Seguono quindi delle domande generali sugli argomenti trattati a lezione. La prova serve per accertare il livello di conoscenza e la capacita' di comprensione raggiunti dallo studente. Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | Un' introduzione all' energia. Forme e trasformazioni dell' energia. Unità di energia. Conservazione dell' energia. Definizione di efficienza energetica. Il panorama energetico mondiale e nazionale: stime, riserve, scenari futuri. Classificazione delle risorse energetiche. Energia da reazioni di combustione: i combustibili fossili. Energia da fonti rinnovabili e alternative: energia solare, biomasse, energia geotermica, energia eolica, energia idroelettrica, idrogeno. Energia solare e elettricità: conversione termica;conversione fotovoltaica. Cenni di fisica dello stato solido:le strutture cristalline, la diffrazione dei cristalli ed il reticolo reciproco; il gas di elettroni liberi; teoria delle bande di energia; i semiconduttori. Fotovoltaico inorganico e celle solari al silicio, celle solari a film sottile, celle solari organiche. I combustibili solari: la fotosintesi naturale (sistemi antenna e centri di reazione naturali) e la fotosintesi artificiale. Energia chimica: reazioni di foto-ossidoriduzione. La fotolisi dell' acqua. Celle solari foto sensibilizzate (celle di Graztel). Coloranti per celle di Graztel. Conservazione e trasporto dell' energia: l' era dell' idrogeno. Celle a combustibile. Definition of energy concept. Energy forms and transformations. Energy units. Energy conservation. Definition of energy efficiency. The global energy landscape and national estimates, reserves, future scenarios. Classification of energy sources. Energy from combustion reactions: fossil fuels. Renewable and alternative energy sources: solar, biomass, geothermal energy, wind energy, hydropower, hydrogen. Solar power and electricity: thermal conversion, photovoltaic conversion. An introduction to solid state physics: crystal lattice structures; diffraction of x-rays by crystals and reciprocal lattice; the free electron gas; energy bands theory; semiconductors. Inorganic photovoltaic silicon solar cells, thin-film solar cells, organic solar cells. Solar fuels: natural photosynthesis systems (antenna and reaction centers natural) and artificial photosynthesis. Chemical energy: reactions of photo-oxidation. The photolysis of water. Photo-sensitized solar cells (cells Graztel). Dyes Graztel cells. Energy storage and transport: the hydrogen age. Fuel cells. |