OBIETTIVI FORMATIVI

The course describes the major alternative energy conversion processes. The course will be focused on chemical and biochemical processes to produce sustainable and clean energy for example biodiesel from microalgae, bioethanol from cellulosic and lignocellulosic biomasses and biogas from anaerobic digestion.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

L’insegnamento ha l’obiettivo di descrivere nel dettaglio i substrati, gli impianti ed i processi chimici e dell’ingegneria metabolica per la produzione di energia. Grande rilievo è dato alla trattazione delle biomasse e dei processi che portano alla produzione di energia rinnovabile con un accenno ai concetti di bioraffineria e bioeconomia. Vengono passati in rassegna anche i più comuni processi di downstream e separazione (filtrazione, centrifugazione etc.) necessari nel processo di produzione dei biocombustibili.

Al termine dell’insegnamento lo studente dovrà essere in grado di:

• conoscere e descrivere criticamente i processi chimici e biochimici alla base della produzione dei più comuni biocombustibili (biodiesel, bioetanolo, idrogeno e biogas);
• progettare semplici impianti per la produzione dei biocarburanti sopra riportati;
• saper allestire e monitorare sistemi per la crescita di microrganismi a fini energetici;
• conoscere i più comuni processi di downstream e separazione impiegati a livello industriale per la produzione di biocarburanti;
• fornire esempi di applicazione del concetto di bioraffineria.

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento si compone di lezioni frontali che si svolgono in aula con l’ausilio di presentazioni, per un totale di 48 ore. Una parte delle lezioni vengono svolte nei laboratori didattici dove gli studenti possono partecipare attivamente alle attività sperimentali proposte.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Il programma dell’insegnamento prevede:

• impianti per la crescita di microrganismi e per la produzione di biodiesel, bioetanolo, idrogeno e biogas (fermentatori, bioreattori, impianti di transesterificazione, impianti di digestione anaerobica etc.);
• microalghe: modalità di crescita, impianti per la produzione su scala industriale e produzione di energia;
• processi chimici e biochimici per la produzione di carburanti fossili, biodiesel, bioetanolo, idrogeno e biogas;
• processi di downstream e separazione: filtrazione, centrifugazione, sedimentazione, flocculazione, distillazione e metodi cromatografici;
• bioraffinerie e bioeconomia;
• attività di laboratorio.

Il contenuto dell’insegnamento consiste in:

- definizione dell’importanza della produzione di energia sostenibile con basso impatto ambientale mediante l’impiego di differenti tipologie di biomasse: potenziale metabolico dei microrganismi e delle biomasse per produrre biocarburanti e composti chimici;

- processi di conversione di microrganismi fotosintetici, piante, residui vegetali e residui urbani in biocarburanti: definizione dell’importanza dei parametri operativi per incrementare le rese di conversione e la qualità del prodotto finito;

- ingegneria di processo: definizione dei parametri operativi chiave nei processi chimici e dell’ingegneria metabolica per la produzione di energia mediante analisi matematiche, energetiche, di bilancio di materia e progettazione di impianto.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Tutto il materiale presentato durante le lezioni viene fornito agli studenti. In generale, gli appunti presi durante le lezioni e le slides sono sufficienti per la preparazione ed il superamento dell’esame. Ciononostante, i testi sotto indicati possono risultare un valido appoggio per la preparazione dell’esame.

• A. Fiechter, “Advances in biochemical engineering/biotechnology”, Springer-Verlag.
• J.E. Bailey e D.F. Ollis, “Biochemical engineering fundamentals”, McGraw Hill.
• S. Katoh e F. Yoshida, “Biochemical engineering: a textbook for engineers, chemists and biologists”, WILEY-VCH.