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Lorenzo TASSI
Professore Associato
Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche - Sede Dipartimento di Scienze Chimiche e Geologiche
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Insegnamento: Chimica analitica dei processi ambientali
Didattica e comunicazione delle scienze (Offerta formativa 2023)
Obiettivi formativi
Il corso si propone di illustrare e sviluppare argomenti e problematiche relative a processi chimici che si verificano in ambienti naturali, con modalità didattiche ricavate da esempi semplici e descrittivi, adatte anche per studenti che possiedono modeste conoscenze di base di area chimica. Saranno illustrati alcuni processi produttivi e di trasformazione a partire da biomasse di interesse industriale, in quanto risorse rinnovabili per ottenere prodotti chimici ad elevato valore aggiunto. Il focus principale sarà dedicato alla valorizzazione di fitomasse residuali agronomiche, mediante tecniche di bioraffineria, conseguendo i risultati della separazione e frazionamento anche con l’applicazione di tecnologie non convenzionali (i.e., microonde ed ultrasuoni). L’idea dei platform chemicals ottenuti, consente allo studente di acquisire consapevolezza dei valori ambientali, attribuiti e identificati nel concept “risorse rinnovabili”, e qualche dimestichezza con il nuovo, ma ormai consolidato, paradigma della bioeconomia.
Prerequisiti
Per acquisire una migliore capacità di comprensione ed elaborazione personale di questi argomenti, sono richieste le conoscenze di base di Chimica Generale, Chimica Organica e Chimica Ambientale.
Tuttavia, per gli studenti provenienti da lauree a basso contenuto di CFU di area chimica, è da considerare IRRINUNCIABILE la conoscenza dei contenuti di Chimica Generale, limitando solo a questo insegnamento l'indicazione di prerequisiti.
Programma del corso
Il corso fornisce un pacchetto di conoscenze specifiche e strumenti applicativi per la collocazione del profilo formativo nel contesto “esperto nello studio dei sistemi naturali”, comprese le declinazioni rappresentate nelle forme giuridiche delle figure professionali per l’espletamento di compiti didattici, o funzioni specialistiche per la gestione di piani interventuali e situazioni complesse. L’insegnamento si sviluppa completamente a partire da esempi reali per conseguire gli obiettivi formativi mediante una didattica efficace, a carattere dimostrativo, affrontando casi di studio con metodo ragionato, trasferibili anche ai diversi contesti per la docenza negli Istituti di altro ordine e grado. Verranno esaminate le caratteristiche di alcuni prodotti e processi produttivi da bioraffinerie, in relazione alle crescenti esigenze di sostenibilita’ e basso impatto ambientale: food&feed, biocarburanti, bioplastiche. Saranno descritte le principali metodologie operative e gli strumenti analitici per la valutazione delle caratteristiche di prodotti e processi, affrontando il problema dei controlli in modo esemplificativo, dal campionamento della matrice alla refertazione. Ambiti tematici e contenuti capitolari: (i) Impianti industriali; Materie prime da biorisorse; Produzioni massive e prodotti di chimica fine e secondaria. (ii) Bioraffineria: idea generale e prospettive. (iii) Processi e produzioni: Biomasse da industrie delle bevande alcoliche, industrie casearie, industrie olearie, ecc. (iv) Alcuni esempi di Bioconversioni: Acidi organici; Saccaridi e polisaccaridi; Nutraceutici; Biofuels di 1a, 2a e 3a generazione; Biomonomeri per Bioplastiche. Saranno valutate le caratteristiche dei processi, le rese di trasformazione, le caratteristiche costitutive delle materie prime e dei prodotti finiti, e la ricerca di impurezze con metodi chimici e strumentali [spettroscopia IR ed UV-vis, tecniche cromatografiche (GC, GC-MS, HPLC), spettroscopie atomiche (AAS, ICP)].
Metodi didattici
Lezioni frontali. Didattica interattiva. Lezioni laboratoriali.
Le lezioni frontali saranno accompagnate da percorsi didattici interattivi con il fine di stimolare l’interesse per la materia e confrontare approcci diversi agli argomenti trattati con modalità interdisciplinari ed interculturali (i.e., aspetti chimici, conservazione degli ambienti naturali, bioeconomia). Le attività d'aula si svilupperanno con illustrazione dei contenuti capitolari mediante l'ausilio di diapositive in formato elettronico. L’insegnamento potrà essere integrato con alcune esercitazioni di laboratorio su matrici complesse, rappresentative di biomasse agrovegetali / industriali, per la verifica sperimentale di alcune nozioni strutturate secondo i criteri metodologici illustrati nel corso delle lezioni istituzionali d’aula. I materiali didattici utilizzati durante le lezioni sono caricati sulla piattaforma dolly ad inizio corso. Le diapo del corso sono considerate parte integrante del materiale didattico.
Le lezioni istituzionali verranno svolte a
distanza in modo asincrono (registrate) e sincrono a causa della situazione sanitaria COVID19.
Testi di riferimento
- I. PASQUON, L. ZANDERIGHI. La Chimica Verde, Hoepli -(1987)
- M.L.Tonucci, N. D’Alessandro, A.A. Giuliani; La valorizzazione degli scarti agroindustriali, Aracne Editrice (2014).
- N. AVLONAS, G.P. NASSOS, Practical Sustainability Strategies, Wiley, 2013.
- KAMM, GRUBER, KAMM, Biorefineries: Industrial Processes and Products, Wiley-VCH, 2010.
- M. Aresta, A. Dibenedetto, F. Dumeignil. Biorefinery: From Biomass to Chemicals and Fuels, De Gruyter (2012).
- J. SADHUKHAN, K. SIEW NG, E. MARTINEZ HERNANDEZ. Biorefineries and Chemical Processes, 2^ ed., Wiley, 2014.
- J. CLARK, F. DESWARTE. Introduction to Chemicals from Biomass, Wiley, 2015.
- PANDEY et al., Industrial Biorefineries & White Biotechnology, Elsevier, 2015.
- K. W. WALDRON, Advances in Biorefineries, SCIENCEDIRECT, 2014.
- HOLLER, CROUCH, Fondamenti di Chimica Analitica, EDISES (NA), 2015.
- P.J. Fellows, Food Processing Technology: Principles and Practice, CRC Press (2000).
- - P.Bastasin, L. Ceresa: Industrie agroalimentari, Zanichelli-CEA, Milano, 1991.
- N. Avlonas; G. P. Nassos - Practical Sustainability Strategies
How to Gain a Competitive Advantage; Wiley (2014; 2020)
- Lucidario delle lezioni (su piattaforma DOLLY).
- Articoli scientifici ed approfondimenti forniti durante le lezioni, o scaricabili (su piattaforma DOLLY).
Verifica dell'apprendimento
Le modalità d'esame consistono in una prova orale, durata di 1 ora circa, durante la quale il candidato deve dimostrare di conoscere adeguatamente: (i) i contenuti curriculari e formativi dell'insegnamento, considerato nella sua integrità; (ii) la chimica di base di tipo organico – inorganico - analitico, per descrivere correttamente i processi di trasformazione negli ambienti naturali, le trasformazioni delle biomasse, ed il comportamento chimico di reagenti, analiti, prodotti di reazione e matrici complesse; (iii) le metodologie operative da seguire ed applicare per la refertazione dei campioni di matrici complesse industriali, o trattate secondo attività di laboratorio. Generalmente, l'argomento iniziale della prova d'esame è a libera scelta dello studente, che su base opzionale, può anche predisporre un set di diapositive (10-15, diverse da quelle fornite durante il corso) relative all'argomento scelto per l'esposizione iniziale, e per gli approfondimenti successivi.
Il voto d'esame risulta combinato e pesato: 70 % per la correttezza delle risposte fornite a 3 domande proposte come argomenti capitolari (no domande puntuali, ma argomenti di ampia trattazione); 30 % per correttezza espositiva, padronanza della lingua e proprietà lessicali, capacità di sintesi, brillantezza comunicativa.
Le prove potrebbero essere svolte in presenza
o a distanza a seconda dell'evoluzione della situazione COVID19.
Risultati attesi
Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente acquisisce conoscenze interdisciplinari relative ad aspetti chimici per la valutazione di processi: i) naturali ed ambientali; ii) trasformazioni da bioraffinerie per la produzione di beni da fonti rinnovabili. Sviluppa conoscenze basilari per comprendere le metodologie più comuni del laboratorio analitico.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente consapevole del “sapere” acquisito, potrà tradurre in azioni concrete il contenuto di un'idea progettuale per il monitoraggio ambientale, la conservazione della biodiversità, lo sviluppo sostenibile, la trasformazione di biomassa in prodotti industriali, per implementare nuove attività imprenditoriali sfruttando risorse rinnovabili.
Autonomia di giudizio
Lo studente acquisisce abilità per discutere criticamente gli approcci di letteratura e sperimentali per: i) la conservazione del sistema ambiente; ii) il monitoraggio di situazioni di degrado evolutivo; iii) promuovere lo sviluppo sostenibile mediante valorizzazione di biomasse, valutando criticamente vantaggi e svantaggi tecnologici ed economici.
Abilità comunicative
Lo studente deve dimostrare di: i) possedere capacità per estrarre e sintetizzare l'informazione rilevante; ii) saper comunicare in modo efficace utilizzando un linguaggio appropriato; iii) saper utilizzare gli strumenti idonei per rendere pro-attiva la comunicazione ed incrementare le proprie soft-skills; iv) saper disquisire e sostenere la propria opinione in contraddittorio con altre figure professionali.
Capacità di apprendimento
Lo studente potrà migliorare le sue abilità mediante auto-apprendimento e formazione continua. Saprà leggere e commentare report scientifici e documenti di valutazione di processi naturali ed ambientali, e di trasformazione delle biomasse, anche in lingua inglese, per analizzare criticamente proposte-obiettivi-risultati di un progetto R&S di valorizzazione delle risorse naturali.