PRESENTAZIONE

Quanto più velocemente si consumano le risorse e l'energia disponibile del mondo, tanto minore è il tempo che rimane a disposizione per la nostra sopravvivenza. A partire da questo presupposto, la Chimica Fisica Ambientale si propone di riformulare i concetti tradizionali della termodinamica classica e fornire gli strumenti per una modellizzazione degli ecosistemi e la determinazione degli indicatori di sostenibilità ambientale, attraverso una valutazione dei parametri energetici ed entropici che influenzano i processi chimici di non equilibrio. L’insegnamento aiuterà gli studenti a sviluppare il pensiero sistemico, multidisciplinare e interdisciplinare, introducendo conoscenze specialistiche più avanzate che permetteranno di affrontare problemi di natura ambientale ed energetica con un approccio nuovo, che tiene in considerazione gli Obiettivi di Sviluppo Sostenibili dell’Agenda ONU 2030.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

L'insegnamento si propone di fornire agli studenti gli strumenti per una modellizzazione degli ecosistemi e la determinazione degli indicatori di sostenibilità ambientale attraverso una valutazione dei parametri energetici ed entropici che influenzano i processi di non equilibrio di origine antropica. Verranno sviluppate capacità di condurre esperimenti in gruppo anche sul campo, di redigere rapporti di prova su attività diagnostica in campo ambientale, di presentare relazioni su argomenti assegnati.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Insegnamento da 6 CFU

La partecipazione attiva alle attività formative proposte dall’insegnamento di Chimica Fisica Ambientale permetterà allo studente di:

- Descrivere i principali passaggi che riguardano lo sviluppo della coscienza ambientale, attraverso le prime evidenze sperimentali e gli accordi internazionali;

- Difendere i principi dello sviluppo sostenibile grazie all’approccio sistemico, proprio della materia “ambiente”, identificando i concetti relativi alla sostenibilità, considerando con nuovi strumenti e nuovi approcci (indicatori emergetici, exergetici, il concetto di Transformity) l’impatto antropico sugli ecosistemi, comprendendo le modalità per monitorarlo, prevenirlo e valutarlo;

- Definire e apprezzare i concetti della termodinamica avanzata applicata a sistemi complessi, alle trasformazioni irreversibili di non equilibrio, che descrivono i processi chimico-fisici naturali e antropici;

- Generalizzare il concetto termodinamico di entropia in funzione del tempo per estenderlo a parametro di misura della qualità e dell’evoluzione dell’energia;

- Descrivere le caratteristiche degli ecosistemi terrestri (atmosfera, idrosfera, litosfera) in funzione degli scambi di materia ed energia, con particolare riferimento ai principali inquinanti e al loro destino ambientale;

- Giustificare e comprendere la necessità della modellizzazione matematica di alcuni fenomeni che interessano gli ecosistemi, che si avvale di strumenti chimico-fisici previsionali, distinguendone i limiti e le potenzialità;

- Elencare le principali tecnologie di produzione di energia, in relazione alle singole fonti, distinguendo i concetti di rinnovabilità e identificando strategie adatte alle sfide del futuro;

- Esaminare articoli scientifici ed analizzarli con cognizione di causa, avvalendosi dei principali mezzi disponibili e selezionando solamente le fonti significative;

- Applicare procedure analitiche in attività pratiche di laboratorio;

- Sviluppare con pensiero critico ma anche ingegnoso un tema di interesse ambientale, imparando a gestire le interazioni sociali con attitudine collaborativa e costruttiva e comunicando il progetto in maniera scientificamente corretta in ambienti diversi. Il progetto, svolto in gruppo di dimensioni contenute ma divulgato davanti ai colleghi e alla commissione che interagiscono e danno una valutazione, permetterà inoltre di individuare ed affinare prima individualmente, poi con il confronto con il gruppo e con la classe, le proprie abilità in relazione allo sviluppo del compito assegnato, mettendo alla prova le proprie strategie di organizzazione e anche di valutazione.

Insegnamento da 4 CFU 

La partecipazione attiva alle attività formative proposte dall’insegnamento di Chimica Fisica Ambientale permetterà allo studente di:

- Difendere i principi dello sviluppo sostenibile grazie all’approccio sistemico, proprio della materia “ambiente”, identificando i concetti relativi alla sostenibilità, considerando con nuovi strumenti e nuovi approcci (indicatori emergetici, exergetici, il concetto di Transformity) l’impatto antropico sugli ecosistemi, comprendendo le modalità per monitorarlo, prevenirlo e valutarlo;

- Definire e apprezzare i concetti della termodinamica avanzata applicata a sistemi complessi, alle trasformazioni irreversibili di non equilibrio, che descrivono i processi chimico-fisici naturali e antropici;

- Generalizzare il concetto termodinamico di entropia in funzione del tempo per estenderlo a parametro di misura della qualità e dell’evoluzione dell’energia;

- Descrivere le caratteristiche degli ecosistemi terrestri (atmosfera, idrosfera, litosfera) in funzione degli scambi di materia ed energia, con un particolare riferimento ai principali inquinanti e al loro destino ambientale;

- Giustificare e comprendere la necessità della modellizzazione matematica di alcuni fenomeni che interessano gli ecosistemi, che si avvale di strumenti chimico-fisici previsionali, distinguendone i limiti e le potenzialità;

- Esaminare articoli scientifici ed analizzarli con cognizione di causa, avvalendosi dei principali mezzi disponibili e selezionando solamente le fonti significative;

- Applicare procedure analitiche in attività pratiche di laboratorio;

- Sviluppare con pensiero critico ma anche ingegnoso un tema di interesse ambientale, imparando a gestire le interazioni sociali con attitudine collaborativa e costruttiva e comunicando il progetto in maniera scientificamente corretta in ambienti diversi. Il progetto, svolto in gruppo di dimensioni contenute ma divulgato davanti ai colleghi e alla commissione che interagiscono e danno una valutazione, permetterà inoltre di individuare ed affinare prima individualmente, poi con il confronto con il gruppo e con la classe, le proprie abilità in relazione allo sviluppo del compito assegnato, mettendo alla prova le proprie strategie di organizzazione e anche di valutazione.

MODALITA' DIDATTICHE

L’insegnamento si compone di lezioni frontali, per un totale di 32 ore (16 ore per insegnamento da 4 CFU), e di una parte di esercitazioni di 26 ore che possono consistere nell’affrontare problematiche teoriche-pratiche con esperti del settore, effettuare visite guidate a impianti industriali, svolgere prove di laboratorio specifiche, analizzare criticamente la letteratura scientifica; in queste ore sono incluse le attività seminariali degli studenti, sviluppate in gruppo su temi di interesse ambientale e presentate, al termine dell’insegnamento, ad una platea di studenti ed esperti. Nello specifico, vengono proposte attività didattiche di Inquiry-Based Learning, maggiormente di tipo conservatorio e strutturato, per incoraggiare gli studenti a porsi/porre domande, esplorare nuove idee e condurre ricerche. La frequenza alle esercitazioni pratiche è obbligatoria, come da Regolamento didattico. Le esercitazioni pratiche sono tenute dal docente titolare dell’insegnamento, coadiuvati da tutor di laboratorio, o da esperti del settore e tecnici specializzati. L’organizzazione e le date di svolgimento delle attività pratiche vengono comunicate direttamente dal docente all’inizio delle lezioni.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Insegnamento da 6 CFU

Il programma dell'insegnamento è suddiviso in quattro sezioni. La parte introduttiva accompagna gli studenti verso la storia dello sviluppo della coscienza ambientale, che si serve dei principali eventi ambientali dell’ultimo secolo come punto di partenza per gli Accordi Internazionali, le COP e infine l’identificazione degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile. Nella prima parte vengono forniti gli Strumenti per la definizione della termodinamica avanzata, intesa come descrizione dei processi irreversibili di non equilibrio, che, a partire dai concetti di Energia e soprattutto di Entropia del Primo e Secondo Principio della Termodinamica classica, porti ai concetti di produzione e flusso di Entropia in funzione del tempo. L’Entropia assume quindi il ruolo di misura della qualità dell’energia e della trasformazione dell’energia nel tempo, tenendo in considerazione sistemi aperti e processi irreversibili, che portano alla formulazione del Quarto principio della Termodinamica. Nella seconda parte verranno descritti gli ecosistemi terrestri (idrosfera, litosfera, atmosfera) in relazione alla possibilità di applicazione di Modelli matematici per la trattazione delle emissioni in atmosfera, del trasporto di inquinanti nei sistemi idrici e nei suoli e nelle relazioni che intercorrono tra le diverse sfere. Si formuleranno poi i concetti di Emergia, Exergia e Transformity come Indicatori di Sostenibilità Ambientale che permettono di comprendere le potenzialità dell’analisi emergetica di un Sistema Territoriale. Nella terza parte verranno invece esaminate le diverse Tecnologie energetiche, rinnovabili e non rinnovabili, in relazione ai consumi, ai fabbisogni, alle riserve disponibili e ai costi ambientali, con cui si introdurrà infine il concetto di Economia Circolare.

Insegnamento da 4 CFU

Il programma per questo insegnamento prevede la partecipazione alle lezioni inerenti due delle quattro sezioni sopra-descritte (nonostante sia permessa e consigliata la partecipazione alle altre lezioni). Gli Strumenti per la definizione della termodinamica avanzata, intesa come descrizione dei processi irreversibili di non equilibrio, che, a partire dai concetti di Energia e soprattutto di Entropia del Primo e Secondo Principio della Termodinamica classica, porti ai concetti di produzione e flusso di Entropia in funzione del tempo. L’Entropia assume quindi il ruolo di misura della qualità dell’energia e della trasformazione dell’energia nel tempo, tenendo in considerazione sistemi aperti e processi irreversibili, che portano alla formulazione del Quarto principio della Termodinamica. Gli ecosistemi terrestri (idrosfera, litosfera, atmosfera) in relazione alla possibilità di applicazione di Modelli matematici per la trattazione delle emissioni in atmosfera, del trasporto di inquinanti nei sistemi idrici e nei suoli e nelle relazioni che intercorrono tra le diverse sfere. Si formuleranno poi i concetti di Emergia, Exergia e Transformity come Indicatori di Sostenibilità Ambientale che permettono di comprendere le potenzialità dell’analisi emergetica di un Sistema Territoriale.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Non viene indicato agli studenti un testo di riferimento di base perché gli argomenti trattati nell'insegnamento possono essere riportati in vari testi, che vengono comunque suggeriti direttamente dal docente all’inizio delle lezioni o in concomitanza con l’approfondimento di un argomento specifico. Gli appunti delle lezioni risultano sufficienti per la preparazione dell’esame.

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

STEFANO ALBERTI (Presidente)

FEDERICO LOCARDI

MAURIZIO FERRETTI (Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Dal 26 febbraio 2024

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame consiste in una prova orale, svolta in parte in forma seminariale, ovvero sviluppando in gruppo un argomento a scelta tra temi di interesse ambientale attinenti con il programma dell’insegnamento, concordato precedentemente con il docente, e in parte in forma tradizionale, ovvero rispondendo individualmente a domande specifiche relative al programma poste dal docente davanti alla commissione d’esame.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Gli obiettivi formativi nel dettaglio, che corrispondono ai risultati di apprendimento attesi per gli studenti elencati nella sezione dedicata, vengono verificati secondo le modalità d’esame descritte sopra. In particolare, la prova orale così come viene strutturata, prevede che la parte svolta in forma tradizionale sia dedicata alla verifica del raggiungimento di un livello adeguato delle conoscenze di base relative a tutte le sezioni in cui è suddiviso il programma e della comprensione degli argomenti trattati; la parte svolta in forma seminariale permetterà invece di verificare che sia stato raggiungo un livello più alto di analisi critica, rielaborazione e costruzione collaborativa relativamente alla presentazione di gruppo sviluppata su un tema a scelta. Infine, i laboratori sperimentali saranno conclusi con la stesura di relazioni di laboratorio/rapporti di prova che verranno valutati per verificare che l’applicazione delle procedure analitiche in attività pratiche sia stata raggiunta. Più in generale, sarà possibile per lo studente auto-verificare il proprio grado di preparazione attraverso feedback da parte del docente grazie alla sua partecipazione attiva alle esercitazioni svolte in aula, alle esercitazioni pratiche, di laboratorio o sul terreno.

Maggiori dettagli sulle modalità di preparazione dell’esame e del seminario, sul grado di approfondimento di ogni argomento e i criteri di valutazione verranno forniti nel corso di svolgimento dell’insegnamento.

Calendario appelli

ALTRE INFORMAZIONI

L’insegnamento potrebbe subire alcune modifiche nel lasso di tempo che intercorre tra la pubblicazione delle schede insegnamento e l’inizio delle lezioni, soprattutto per quanto riguarda il programma d’esame, le modalità didattiche e conseguentemente le modalità di accertamento, alla luce dell’analisi dei questionari di valutazione della didattica che vengono compilati dagli studenti degli anni precedenti e sulla base dell’aggiornamento del docente su modalità didattiche innovative e di qualità che si rivelino più opportune per un apprendimento attivo, costruttivo e interattivo della materia. Qualsiasi modifica eventualmente apportata verrà prontamente comunicata in aula e su aulaweb.