SINTESI ORGANICHE DA RISORSE RINNOVABILI

L'impiego di risorse rinnovabili - come la biomassa - come materia prima per la sintesi di combustibili e prodotti chimici è un obiettivo per la chimica verde nell'ottica dello sviluppo di nuovi prodotti e processi sostenibili. Gli studi in questo campo sono rivolti allo sviluppo della bioraffineria e rappresentano un argomento di ricerca avanzato che mira a sostituire gradualmente le fonti fossili non-rinnovabili con materie prime di origine vegetale. L'impiego di biomassa per la sintesi di combustibili viene trattata nell'insegnamento di Raffineria e Bioraffineria del presente corsodi studi, qui viene invece descritto l'impiego della biomassa come punto di partenza per la sintesi di chemicals.

Questo corso si focalizza quindi sulla descrizione delle ragioni ecologiche, sociali ed economiche che rendono necessaria la transizione dall'industria fossile petrolchimica a quella rinnovabile e quindi sostenbile, sulla natura della biomassa, sulla sua trasformazione - upgrading - in building-blocks più semplici, e sui successivi passaggi per ottenere prodotti secondari ad alto valore aggiunto per l'industria chimica. Vengono inoltre trattate le tecnologie chimiche e biochimiche di trasformazione focalizzando l'attenzione sulla comprensione a livello molecolare dei processi.

Questo corso approfondisce in maniera mirata ed ampliata alcuni concetti della chimica verde e contribuisce - insieme agli altri corsi di questo ambito del corso di studi magistrale - a fornire agli studenti gli strumenti intellettuali e le conoscenze specifiche utili in carriere future in ambito tecnologico, della green economy, bio-economy e dell'economia circolare.

Conoscenza e comprensione
a. Conoscere lo scenario corrente e futuro di disponibiltà e utilizzo delle principali risorse e materie prime, sia di origine fossile che rinnovabile,
b. Conoscere i principali concetti e motivazioni per lo sviluppo del concetto di bioraffineria, i recenti sviluppi e le prospettive future.
c. Conoscere e comprendere le ragioni scientifiche, economiche e sociali alla base della transizione dall'uso di risorse fossili a quelle rinnovabili.
d. Conoscere le principali tecnologie esistenti e lo stato dell'arte della produzione chimica di molecole, intermedi, materiali, e derivati.
e. Conoscere le potenzialità future per la produzione impiego e di prodotti, intermedi, materiali, a partire a materia prima rinnovabile.

2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
a. Saper impiegare le conoscenze per valutare la sostenibilità delle materie prime per l'industria chimica.
b. Saper effettuare collegamenti causa-effetto nell'impiego di diversi tipi di materie prime per trasformazioni chimiche, riconoscendo le criticità e le potenziali problematiche ambientali ed ecologiche, per esempio relative ai gas serra.
c. Saper ricercare, trovare, consultare e comprendere le principali fonti bibliografiche a supporto dei concetti attineti all'uso di risorse rinnovabili come building blocks di sintesi.
d. Comprendere ed applicare le conoscenze ed i metodi appresi da questo insegnamento a quelle di altri rami della chimica e delle discipline collegate in maniera interdisciplinare.
e. Saper proporre processi alternativi e materie prime diverse per la sintesi di chemicals o materiali.
f. Saper individuare benefici, inconvenienti e aspetti migliorabili di un prodotto o processo chimico dal punto di vista delle risorse.
g. Saper individuare i principali elementi migliorabili in termini di eco-sostenibilità e sicurezza di processo chimico con particolare attenzione alle tecnologie ed alle materie prime.

3. Capacità di giudizio
a. Saper valutare criticamente e comparativamente il tipo di materia prima rinnovabile e le relative potenzialità/criticità nell'ottica di sviluppo di un prodotto o processo chimico
b. Sviluppare capacità critica e autonomia di giudizio sulle principali caratteristiche di un prodotto o processo chimico relativamente all'impatto sulla salute dell'uomo e sull'ambiente.

4. Abilità comunicative
a. Saper spiegare ed argomentare con rigore, chiarezza e concisione i concetti alla base delle sintesi da risorse rinnovabili attraverso esempi e casi di studio con attenzione al contesto ed ai principi della chimica verde.
b. Saper rappresentare graficamente e per iscritto la principali fonti di materia prima rinnovabile, i principali prodotti, i solventi, le metodologie e i processi.
c. Saper discutere criticamente diversi prodotti o processi in termini di eco-compatibilità.
d. Saper interagire in aula con il docente e con i compagni, formulando domande, rispondendo a quesiti ed argomentando sui problemi posti dal docente.

5. Capacità di apprendimento
a. Saper individuare in modo autonomo gli aspetti salienti delle nozioni espresse a lezione.
b. Saper collegare e integrare argomenti di ambiti chimici diversi nel contesto dello sviluppo di nuovi prodotti di origine rinnovabile.
c. Saper arricchire autonomamente la propria formazione attraverso la ricerca bibliografica.

Nel corso vengono richieste principalmente conoscenze di Chimica Organica e di Chimica Verde ma la sua natura interdisciplinare attinge anche a conoscenze di Chimica Industriale, Sostenibilità. E' richiesto di saper svolgere ricerche bibliografiche attraverso i principali canali elettronici.

Descrizione del programma, modalità d’esame e bibliografia
Contesto di riferimento, principali fonti di materia prima dell'industria chimica, perché usare materie prime rinnovabili di origine vegetale?
Biomassa: composizione e struttura. biomassa alimentare e non-alimentare- Lignina, Cellulosa, Emicellulosa, Lipidi. Accenni all'idrolisi dei polisaccaridi, alla chimica degli oligo- e mono-saccaridi.
Biomassa: origine, coltivazioni e fonti.
Biomassa: principali processi pretrattamento, di separazione delle diversi componenti, di trasformazione primaria e di purificazione.
Principali building blocks ottenibili dalla biomassa per sintesi chimiche: Molecole leggere, tecnologie per produrle in maniera efficiente e selettiva, struttura, proprietà, caratteristiche, impieghi. Dalle molecole C1 (anidride carbonica, monossido di carbonio e metanolo), a molecole con numero crescente di atomi di carbonio.
Prodotti primari (platform chemicals): Etanolo, acido lattico, glicerolo, acido propionico, acido succinico, furfurale, acido itaconico, acido levulinico, idrossimetilfurfurale
Prodotti secondari e derivati dei platforms.
Comprensione del livello molecolare dei processi di sintesi e trasformazione, meccanismi, catalizzatori, tecnologie.
Tecnologie di trasformazione: sintesi e catalisi
Esempi di trasformazioni chimiche, di prodotti, di processi e di reazioni tratti dalla letteratura scientifica corrente. Discussione.

Introcuction to Chemicals From Biomass, Second edition, J. Clark and F. Deswarte Eds. Wiley, (disponibile online attraverso la biblioteca di Ca' Foscari)
Top Value Added Chemicals from Biomass Vol I and II, U.S: Department of Energy.
Dispense di lezione
Letteratura scientifica

L'esame è orale e consiste nella presentazione e discussione di un articolo scientifico tratto dalla letteratura recente da parte dello studente/essa. Si chiede di scegliere un articolo scientifico recente attinente al corso, di leggerlo, di preparare una presentazione tipo breve conferenza (15 min) con slides e di discutere con il docente gli aspetti scientifici della ricerca. Seguiranno domande per verificare che lo studente/essa sia in grado di mettere in colelgamento gli argomenti dell'articolo con il contesto generale del corso.

L'insegnamento consiste in lezioni frontali sugli argomenti indicati nella sezione contenuti corredate di casi di studio, esempi, esercizi e discussione in aula.
Nella piattaforma “Moodle” di Ateneo è presente e scaricabile il materiale didattico proiettato in aula durante le lezioni.

Italiano

Alla fne del corso lo studente saprà inserire in un contesto di sostenibilità e valutare:
- le materie prima per una sintesi organica rispetto all'impatto sulla salute sull'ambiente
- un processo chimico industriale rispetto all'impatto sulla salute sull'ambiente
- che le risorse rinnovabili sono impiegabili come materia di partenza per reazioni chimiche

Alloggi e Servizi di Supporto per studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento: Ca’ Foscari applica la Legge Italiana (Legge 17/1999; Legge 170/2010) per i servizi di supporto e di alloggio disponibili agli studenti con disabilità o con disturbi specifici dell’apprendimento. In caso di disabilità motoria, visiva, dell’udito o altre disabilità (Legge 17/1999) o un disturbo specifico dell’apprendimento (Legge 170/2010) e si necessita di supporto (assistenza in aula, ausili tecnologici per lo svolgimento di esami o esami individualizzati, materiale in formato accessibile, recupero appunti, tutorato specialistico a supporto dello studio, interpreti o altro), si contatti l’ufficio Disabilità e DSA: disabilita@unive.it.

orale

Questo insegnamento tratta argomenti connessi alla macroarea "Economia circolare, innovazione, lavoro" e concorre alla realizzazione dei relativi obiettivi ONU dell'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile