66291 - CHIMICA SOSTENIBILE

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente sa riconoscere la struttura e le proprietà dei principali inquinanti e il loro destino nell'ambiente, in termini di ripartizione nei comparti ambientali e di principali reazioni di degradazione. Lo studente conosce e sa utilizzare i principi e gli strumenti della chimica sostenibile, alcuni fondamentali aspetti normativi(REACH), i principi e gli esempi di progettazione di sostanze alternative. Conosce inoltre le modalità per la produzione e l'uso sostenibile delle sostanze chimiche e delle fonti di materie prime ed energia, con particolare rilievo per le fonti rinnovabili. Lo studente ha familiarità con alcune tecniche sperimentali della chimica sostenibile attraverso esercitazioni in laboratorio.

Contenuti

Prerequisiti: lo studente che accede a questo insegnamento deve essere in possesso di una buona preparazione nei fondamenti della chimica organica, sia per quanto riguarda gli aspetti sintetici che delle relazioni struttura-proprietà. Deve possedere conoscenze basilari di chimica-fisica e conoscenze elementari di biologia e biochimica. Deve avere familiarità con le tecniche basilari di laboratorio, analitiche e preparative.

Programma:

L'insegnamento si articola in due Moduli didattici.

Modulo 1

 Valutazione dei parametri strutturali che regolano l'interazione delle molecole organiche con l'ambiente: ripartizione di sostanze organiche fra i diversi comparti ambientali.

Il concetto di persistenza e la valutazione del tempo di vita di un composto organico nell'ambiente. Reazioni di degradazione di composti organici nell’ambiente: reazioni di ossidazione, riduzione ed idrolisi abiotiche e promosse da microorganismi.

Fonti e destino ambientale delle principali classi di inquinanti organici: idrocarburi alifatici ed aromatici, alogenuri alchilici ed aromatici, tensioattivi e pesticidi

Esempi di inquinamento da composti organici ed effetti sull'ambiente: diminuzione dell’ozono stratosferico, smog fotochimico, effetto serra, incidente industriale di Seveso.

Esercitazioni in laboratorio su sintesi e materiali della Green Chemistry

Modulo 2

 Quadro storico della nascita e crescita della Chimica sostenibile. I 12 principi della Green Chemistry. Obiettivi e strumenti della green chemistry. Il "Green Chemistry Challenge Award": sessioni e vincitori; cenni ad altri riconoscimenti. Green metrics: i concetti di "Atom economy" "Environmental factor" ed altri parametri per misurare la sostenibilità delle reazioni chimiche. Cenno a LCA ed altre metodologie di valutazione della sostenibilità.

La normativa REACH e le sue implicazioni; il Chemical Safety Report; i processi di Registrazione; Valutazione, Autorizzazione e Messa al bando; Substances of Very High Concern; altri quadri normativi.

Materiali di partenza da fonti rinnovabili per l'industria chimica. Il concetto di bioraffineria. Carboidrati come materiali per per l'industria chimica. Trasformazione tramite processi fermentativi e processi chimici. Lipidi come materiali per per l'industria chimica. Polimeri da fonti rinnovabili. Bioplastiche.

Produzione e utilizzo di Bio-based platform chemicals: acido lattico, acido 3-idrossipropanoico, acidi succinico e fumarico, acido levulinico, 5-idrossimetil e 5-clorometil furfurale. Platform chemicals da sostanze lipidiche.

Prodotti innovativi della chimica sostenibile. Esempi di prodotti innovativi di successo nel campo delle vernici, degli anti-incrostanti, dei chelanti, dei surfattanti, dei pesticidi.

Metodologie di sintesi "green" e reagenti per la chimica sostenibile. Esempi di sintesi “green” innovative.

Solventi alternativi per la chimica sostenibile. Reazioni solventless. Le classi di solventi green: acqua, liquidi ionici e sistemi-solvente correlati, sistemi bifasici con solventi fluorurati, fluidi supercritici.

Fonti energetiche chimiche alternative: Biomassa, Bioetanolo, Biodiesel, Biogas; Celle a combustibile, Idrogeno.

 

 

Testi/Bibliografia

Lo studio si baserà fondamentalmente sul materiale didattico, distribuito dai docenti e reso disponibile su Virtuale, e sugli appunti di lezione.

Per ulteriori approfondimenti si consigliano:

• P. V. Petrovic, P. T. Anastas, (2023) "First do No Harm"; Jenny Stanford Publisher.

• Anastas, P. (2012) Handbook of Green Chemistry. Wiley

• Sheldon, Roger Arthur “Green chemistry and catalysis”
• Bührke, Thomas, Wengenmayr, Roland “Renewable energy : sustainable energy concepts for the future” Wiley VHC.
• Peter Wasserscheid and Annegret Stark, “Ionic Liquids” Wiley VHC.
• Andrew P. Dicks, “Green Organic Chemistry in Lecture and Laboratory” CRC Press.
• Pietro Tundo, Alvise Perosa, Fulvio Zecchini, “Methods and reagents for green chemistry : an introduction”.
• Colin Baird, Chimica Ambientale, Zanichelli
• S. E. Manahan, Chimica dell'ambiente, Piccin
• B. Rindone, Introduzione alla Chimica Ambientale, Città Studi Edizioni
• R. P. Schwarzenbach, P.M. Gschwend, D. I. Imboden, Environmental Organic Chemistry, Wiley Interscience
• R. A. Larson, E. J. Weber, Reaction mechanisms in environmental organic chemistry, Lewis Publishers

Metodi didattici

Lezioni frontali con videoproiezione e discussione.

Esercitazioni pratiche in laboratorio.

In considerazione delle tipologie di attività e metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede lo svolgimento di tutti gli studenti dei Moduli on line 1 e 2 [https://www.unibo.it/it/servizi-e-opportunita/salute-e-assistenza/salute-e-sicurezza/sicurezza-e-salute-nei-luoghi-di-studio-e-tirocinio] e la partecipazione al modulo 3 di formazione specifica sulla sicurezza e salute nei luoghi di studio. Indicazioni su date e modalità di frequenza del modulo 3 sono consultabili nella apposita sezione del sito web di corso di studio

Studenti/sse con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it): sarà sua cura proporre agli/lle studenti/sse interessati/e eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all’approvazione del/della docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

La verifica produce un voto in trentesimi, con eventuale lode.

La verifica dell’apprendimento avviene sia attraverso l’esame orale, congiunto per i due moduli, che attraverso la valutazione delle relazioni dell’attività di laboratorio prodotte dallo studente, da consegnare in anticipo.

La valutazione delle relazioni di laboratorio mira ad accertare sia l’acquisizione della familiarità con le tecniche apprese, che la capacità di elaborare criticamente i dati ottenuti. La valutazione delle relazioni influisce sul punteggio finale ed è propedeutica all’esame finale.

Il voto finale viene attribuito sulla base della valutazione sia della prova orale congiunta che delle relazioni di laboratorio.

L’esame finale è unico ed accerterà la preparazione dello studente sugli aspetti relativi ad entrambi i moduli. L’esame consiste in una discussione orale degli argomenti appresi in entrambi i moduli didattici. Saranno formulate domande su alcuni dei principali argomenti svolti in entrambi i moduli che lo studente svilupperà in modo dialettico coi docenti. Lo studente dovrà dimostrare di conoscere la struttura delle sostanze menzionate nel corso e/o impiegate in laboratorio. Dovrà saper descrivere le reazioni chimiche implicate nella sintesi o nella trasformazione delle sostanze oggetto del corso. Queste competenze sono richieste per il superamento della prova di esame. Se emergeranno in modo limitato e solo con l’aiuto del docente, espresse in linguaggio complessivamente corretto, la valutazione sarà nell'intervallo 18-24.  Se lo studente dimostrerà di saper interloquire con modalità rigorosa e capacità critica sui temi fondamentali della chimica sostenibile la valutazione sarà nell'intervallo 25-29. Se lo studente saprà interloquire in modo ampio e critico sul complesso dell problematiche scientifiche, ambientali, sociali e regolatorie della chimica sostenibile e dell'ambiente. otterrà una valutazione elevata pari a 30-30 e lode.

La durata della prova orale è mediamente di 45 minuti.

Strumenti a supporto della didattica

PC, videoproiettore. Strumenti multimediali.

Strumentazione del Laboratorio di Chimica organica.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Emilio Tagliavini

Consulta il sito web di Paola Galletti