Insegnamento IMPIANTI BIOTECNOLOGICI
| Nome del corso di laurea | Biotecnologie molecolari e industriali |
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| Codice insegnamento | A003504 |
| Curriculum | Comune a tutti i curricula |
| Docente responsabile | Elisa Moretti |
| Docenti |
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| Ore |
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| CFU | 6 |
| Regolamento | Coorte 2023 |
| Erogato | Erogato nel 2023/24 |
| Erogato altro regolamento | |
| Attività | Affine/integrativa |
| Ambito | Attività formative affini o integrative |
| Settore | ING-IND/10 |
| Anno | 1 |
| Periodo | Primo Semestre |
| Tipo insegnamento | Opzionale (Optional) |
| Tipo attività | Attività formativa monodisciplinare |
| Lingua insegnamento | Italiano |
| Contenuti | Il corso è finalizzato a fornire una panoramica delle principali tecnologie esistenti ed innovative per la produzione di energia e biomateriali regolati da processi biotecnologici. In particolare verranno descritti i principali processi di pretrattamento e conversione delle biomasse di seconda e terza generazione in vettori energetici liquidi e gassosi quali bioetanolo, biodiesel e biometano e bioidrogeno. Saranno descritti e discussi alcuni esempi di impianti biotecnologici funzionanti ponendo particolare attenzione a metodi di quantificazione e mitigazione degli impatti ambientali degli impianti biotecnologici (es. emissioni odorigene). Le principali tematiche approfondite sono le seguenti: - metodi di caratterizzazione delle matrici in ingresso agli impianti biotecnologici - metodi e tecniche per il pretrattamento - tecnologie per la produzione di biogas, biometano, bioetanolo, biodiesel e bioidrogeno; - tecnologie per la produzione di biomateriali; - impatto odorigeno degli impianti biotecnologici. |
| Testi di riferimento | Dispense didattiche disponibili in formato elettronico (pdf) fornite dal docente. |
| Obiettivi formativi | L’obiettivo del corso è quello di dotare lo studente di conoscenze, competenze e capacità di analisi e gestione delle principali tipologie di impianti biotecnologici per la conversione energetica e per la produzione di biomateriali. Le principali conoscenze acquisite riguarderanno: tipologie di materie prime utilizzabili in ingresso agli impianti biotecnologici; tipologie di processi e tecnologie disponibili per la produzione di vettori energetici e biomateriali tecniche di misura e mitigazione di alcuni impatti ambientali degli impianti biotecnologici quali ad esempio le emissioni odorigene. Le principali abilità e conoscenze acquisite riguarderanno: metodi e tecniche di laboratorio per la caratterizzazione delle materie prime (es. biomasse residuali) in ingresso agli impianti biotecnologici; analisi dei principali parametri di processo per la gestione degli impianti biotecnologici per la produzione combinata di energia e materiali; valutazione dell'impatto odorigeno degli impianti biotecnologici per la valorizzazione di biomasse organiche residuali. Il corso si avvale anche dell’analisi di casi di studio e lo svolgimento di opportune esercitazioni pratiche anche con l’utilizzo di strumentazione di laboratorio. |
| Prerequisiti | Al fine di comprendere e saper applicare la maggior parte degli argomenti trattati nel corso è necessario aver acquisito conoscenze di base di chimica organica e delle principali tecniche di laboratorio. Gli allievi devono essere inoltre in grado di effettuare l'analisi dimensionale. Le conoscenza di base suddette rappresentano un prerequisito indispensabile per lo studente che voglia seguire il corso o sostenere l'esame con profitto. |
| Metodi didattici | Il corso è organizzato nel seguente modo: 1) lezioni in aula su tutti gli argomenti del corso, supportate dall'impiego di computer e videoproiettore; 2) lezioni pratiche con applicazione dei contenuti del corso a casi di studio e/o attività di laboratorio; 3) visite guidate (facoltative) presso impianti biotecnologici, durante le quali gli allievi potranno visionare direttamente gli impianti illustrati a lezione, con particolare riferimento a soluzioni all’avanguardia. |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | L'esame prevede una prova orale. La prova orale consiste in una discussione della durata di circa 30 minuti. Essa è finalizzata ad accertare: il livello di conoscenza e capacità di comprensione raggiunto dallo studente sui contenuti teorici e metodologici previsti dal programma; il livello di competenza nell’esporre le possibili soluzioni tecniche di problemi legati agli impianti biotecnologici; l’autonomia di giudizio nel proporre l’approccio più opportuno per ciascun ambito applicativo. La prova nel suo complesso consente di accertare sia fa capacità di conoscenza e comprensione, sia la capacità di applicare le competenze acquisite e di elaborare soluzioni in autonomia di giudizio. La prova orale consentirà inoltre di verificare la capacità di comunicare con proprietà di linguaggio e di organizzare l'esposizione e di sostenere un rapporto dialettico durante discussione sui temi proposti dalla commissione. |
| Programma esteso | Il programma del corso si articola nelle Unità Formative (U. F.) descritte di seguito: (U.F. 0) Biotecnologie per l’energia e lo sviluppo sostenibile: Il ruolo delle bioenergie: stato attuale e prospettive future; Processi biologici per la produzione di energia e biocarburanti (U.F. 1) Materie prime in ingresso agli impianti biotecnologici: descrizione dei principali materiali impiegabili a scopi energetici; tipologie, classificazione, principali caratteristiche chimico-fisiche e principali proprietà. Panoramica dei principali metodi e tecniche di laboratorio per la caratterizzazione. (U.F. 2) Processi e tecnologie per il pretrattamento: descrizione dei metodi e dei reattori impiegabili per i pretrattamenti fisici e chimici convenzionali e innovativi (riduzione dimensionale ed omogeneizzazione; Steam Explosion; metodi idrolitici, metodi a basso impatto ambientale con uso di solventi organici (green chemistry) quali liquidi ionici, glicerolo grezzo e gamma-valero-lactone) (U.F. 3) Processi e tecnologie per la produzione di bioetanolo: descrizione dei metodi e dei reattori per l'idrolisi, la fermentazione e la distillazione. (U.F. 4) Processi e tecnologie per la produzione di biodiesel: descrizione dei metodi e dei reattori per la transesterificazione del metanolo con uso di glicerina; descrizione di metodi di produzione del biodiesel di seconda e terza generazione attraverso reattori FT. (U.F.5) Processi e tecnologie per la produzione di biogas e biometano: panoramica dei digestori anaerobici e delle tecnologie e dei processi per l'upgrading di biogas a biometano (sistemi a membrana, sistemi osmotici, sistemi criogenici). (U.F. 6) Processi e tecnologie per la produzione di bioidrogeno: studio dei componenti per l'elettrolisi e degli impianti di steam reforming per la produzione di idrogeno rinnovabile da biomassa ligno-cellulosica residuale. (U.F. 7) Tecniche di purificazione dei vettori energetici: tecniche di purificazione di biodiesel, bioetanolo, biometano per la sostituzione dei carburanti derivanti da petrolio. (U.F. 8) Processi e tecnologie per la produzione di biomateriali: reattori per la produzione di cellulosa nanocristallina, biopolimeri e coloranti naturali. (U. F. 9) Tecniche di misura e mitigazione dell'impatto odorigeno degli impianti biotecnologici: metodi di misura dell'impatto odorigeno delle biomasse organiche attraverso olfattometria dinamica (UNI EN 13725:2004) |
| Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile | 7 (Energia Pulita e accessibile); 9; Industria, innovazione e infrastrutture |