Ingegneria industriale green per lo sviluppo sostenibile - Green Industrial Engineering for Sustainable Development (sede di Latina)

1.Introduzione Struttura e caratteristiche dell'industria alimentare e farmaceutica. Richiami sulla chimica delle molecole organiche e biologiche di interesse per l’industria alimentare e biotecnologica. Relazione tra composizione e caratteristiche chimico-fisiche dell’alimento. Materie prime alimentari. Conservabilità e processi di conservazione. Additivi. Analisi critica di alcuni processi dell’industria alimentare: produzione dell'amido, estrazione, raffinazione e idrogenazione di oli e grassi. Derivati dei grassi. Problemi di gestione dell’industria alimentare: ambiente, salute e sicurezza. Indicatori di impatto ambientale. Prodotti chimici e rischio. Regolamento REACH. 2.Definizioni Green Chemistry, Green Engineering, e Sostenibilità. I Principi e le metriche chimiche e di processo. Indicatori di eco-efficienza e sostenibilità. Intensità energetica. Esercitazioni numeriche di calcolo degli indicatori di sostenibilità e rischio. 3.Processi ad elevata sostenibilità. Scarti e sottoprodotti di un processo o di una trasformazione chimica. Esempi di processi chimici e prodotti sostenibili. Intensificazione di processo e suoi potenziali vantaggi: tecnologie e tecniche utilizzate per l'intensificazione dei processi. Uso di luce, campi gravitazionali, microonde, campi elettrici, energia acustica. AOP (Advanced Oxidation Process) per purificazione di acque e aria. 4.Solventi, catalizzatori e reagenti Solventi green e strategia di scelta. Processi no solvent: catalisi, microonde, ultrasuoni, film liquidi supportati. Liquidi ionici: struttura, proprietà fisiche e potenziali applicazioni nei processi industriali sostenibili. Solventi inorganici (Acqua e CO2 supercritica). Catalisi e strategia di scelta del catalizzatore: omogenea, eterogenea, di trasferimento di fase, biocatalisi, fotocatalisi. 5.Produzione da materie prime di origine rinnovabile per l'industria chimica Fonti rinnovabili e riuso dai prodotti. Tipologie e composizione di biomasse. Strategie di conversione. Biomasse per chemicals ad alto valore aggiunto. 6.Biotecnologie Fondamenti di un processo biotecnologico. Bioreattori e fermentatori. Applicazioni industriali di processi fermentativi: produzione di bioproteine e produzione di metaboliti primari e secondari. Produzione di intermedi chimici. Biodepurazione degli effluenti liquidi, solidi, gassosi e bioremediation. Tecnologia degli enzimi e applicazioni industriali: biocatalisi per industria farmaceutica e produzione di fine-chemicals, catalisi biomimetica. Trattamento e immobilizzazione degli enzimi. Separazione dei prodotti solubili e insolubili, stadi finali di purificazione. Integrazione degli stadi di reazione e separazione. 7.Esempi di processi industriali sostenibili Produzione di caprolattame, acido adipico, acido acetico, anidride maleica, ossido di propilene, idrochinone, ibuprofen, PLA.

Gli studenti devono avere una solida conoscenza di chimica generale e chimica organica, compresa la conoscenza della struttura molecolare, delle reazioni chimiche e dei principi fondamentali di termodinamica e cinetica.

Slide delle lezioni Testi di consultazione: 1. Concepción Jiménez-González, David J. C. Constable - Green Chemistry and Engineering_ A Practical Design Approach-Wiley (2011) 2. Shijie Liu - Bioprocess Engineering_Kinetics, Sustainability, and Reactor Design – Elsevier (2020)

Frequenza consigliata, ma non obbligatoria

Obiettivo: Valutare la capacità dello studente (o gruppo di studenti) di: 1) Analizzare criticamente un processo industriale reale (chimico, alimentare, farmaceutico o biotecnologico); 2) Proporre modifiche e soluzioni orientate alla sostenibilità ambientale, energetica ed economica, in linea con i principi della Green Chemistry e dell’ingegneria sostenibile. Struttura: 1. Scelta del caso studio: Lo studente (o gruppo) seleziona un processo reale tra quelli proposti o concorda un altro processo con il docente. 2. Analisi dello stato attuale: 1) Descrizione tecnica del processo: materie prime, reagenti, condizioni operative, flussi di massa ed energia; 2) Valutazione degli impatti: uso di energia, produzione di rifiuti, uso di solventi e catalizzatori, rischio chimico, HSE. 3. Calcolo di indicatori: quantificazione degli impatti ambientali ed energetici mediante: Intensità energetica, Fattore E, atom economy, rendimento di processo. 4. Presentazione finale: Consegna di una presentazione orale o poster e discussione critica con il docente in aula

Il corso si articola in lezioni frontali e esercitazioni pratiche. Durante le lezioni frontali, verranno presentati e approfonditi i concetti teorici fondamentali relativi alla chimica verde, alla sostenibilità dei processi industriali, alle tecnologie innovative e alle applicazioni biotecnologiche. Le esercitazioni saranno dedicate all’applicazione pratica delle conoscenze acquisite: calcolo di indicatori di sostenibilità, analisi critica di processi industriali reali, e progettazione di soluzioni sostenibili. Le esercitazioni prevedono attività individuali e di gruppo, con discussione e confronto guidato dal docente